Материалы журналов Университета ИТМО: исследования в сфере обработки изображений и компьютерного моделирования

В этом дайджесте мы собрали интересные статьи, вышедшие за последние 2 года в журналах Университета ИТМО. Все материалы находятся в открытом доступе и охватывают темы, связанные с обработкой изображений (от расчетов объективов до автоматической корректировки изображения) и компьютерным моделированием различных процессов: начиная от работы светодиодного светильника и заканчивая моделированием поведения датчика индукционного лага на глубоководном судне.

^[1]Pascal / Flickr ^[2] / PD ^[3]

Обработка изображений:

«Анализ особенностей выбора исходной оптической схемы для расчета неизображающих оптических систем» (2016) ^[4]

Ученые исследуют различия между изображающими (формируют изображение объекта) и неизображающими (передают и перераспределяют энергию в пространстве) оптическими системами и, в частности, изучают свойства, характеристики и подходы к проектированию неизображающих оптических систем (НОС). Результаты исследования могут найти применения в разработке НОС (осветителей, концентраторов и др.) и будут полезны инженерам, специализирующимся на разработке или эксплуатации НОС.

«Исследование влияния двулучепреломления на качество изображения фотолитографических систем при частично когерентном освещении» (2016) ^[5]

Исследователи анализируют состояние двулучепреломления, которое может возникать в процессе создания заготовок из оптического стекла и (при создании оптики с высоким разрешением) ухудшает качество изображения. Авторы работы предлагают новый алгоритм расчета формирования изображения – результаты могут найти применение при разработке фотолитографических объективов.

«Сегментация несфокусированных областей на 2d-изображениях поверхностей с использованием текстурных признаков»(2015) ^[6]

Авторы исследования изучают вопрос улучшения процесса получения изображений промышленных объектов и, в частности, работают над задачей автоматического удаления с изображений участков, оказавшихся «не в фокусе». Для решения этой задачи исследователи предлагают использовать фокусные текстурные признаки – обычно они применяются в системах автоматической фокусировки микроскопов и фотокамер.

«Афокальный компенсатор аберраций» (2015) ^[7]

Цель исследования – разработать афокальный компенсатор аберраций, который позволял бы исправить одну или несколько аберраций, не влияя на коррекцию других. Такая задача актуальна при расчете зеркальных объективов или объективов микроскопа. В статье предлагается схема такого компенсатора и приводится пример расчета двухлинзового объектива с афокальным компенсатором.

«Автоматический контроль качества непрерывного замеса теста в комплексно-механизированной линии с помощью компьютерной обработки изображения» (2014) ^[8]

Компьютерная обработка изображений может применяться для решения нетривиальных задач – например, в пищевой промышленности. Авторы предлагают использовать ее для создания автоматической системы слежения за контролем качества при хлебопечении и описывают математическую модель работы подобной системы.

Предшествующая и последующая фильтрация шумов в алгоритмах восстановления изображений» (2014) ^[9]

Исследователи изучают вопрос устранения зашумления смазанных и/или дефокусированных изображений и определяют наиболее эффективный порядок фильтрации шума (до или после устранения смазывания/дефокусирования) путем проведения экспериментальной проверки с получением количественных оценок погрешности восстановления изображений.

«Преобразование изображений в мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемниках инфракрасного и терагерцового диапазонов форматом до 3072×576 и более» (2014) ^[10]

Неохлаждаемые матричные микроболометрические приемники инфракрасного и терагерцового излучения используются в системах слежения, контроля и наблюдения, в гражданской и военной промышленности. Задача исследователей – обеспечить увеличение формата фотоприемной матрицы и уменьшение размеров фоточувствительных элементов в этой матрице. В качестве решения исследователи предлагают реализовать мозаичный фотоприемник, конструктивно-технологические принципы создания которого описаны в статье.

Pascal / Flickr ^[11] / PD ^[3]

Компьютерное моделирование:

«Математическое и компьютерное моделирование системы автоматического регулирования гидростатического подшипника» (2016) ^[12]

Авторы решают задачу по усовершенствованию комплексных исследований влияния тепловых процессов на динамические характеристики гидростатических подшипников с использованием программного пакета MATLAB&Simulink.

«Компьютерное моделирование методом броуновской динамики локальной подвижности в дендримерах с асимметричным ветвлением» (2016) ^[13]

Дендримеры – это класс разветвленных полимерных макромолекул, имеющих регулярную древовидную структуру. Дендримеры обладают устойчивыми структурными характеристиками, поэтому их используют в качестве стандартов в различных видах спектроскопии. Авторы используют методы компьютерного моделирования для изучения свойств и характеристик этих макромолекул.

«Компьютерное моделирование прочностных характеристик датчика индукционного лага» (2016) ^[14]

Исследователи анализируют проблемы недостаточной прочности датчика индукционного лага. Лаг используется для измерения скорости судов – однако в случае с глубоководными аппаратами, которые погружаются на глубину до 6 км, забортная аппаратура испытывает перегрузки – поэтому к прочности оборудования (в том числе к конструкции лага, которой посвящена работа) предъявляются повышенные требования. Авторы предлагают конструкторские и технологические решения, способствующие повышению эксплуатационных характеристик данного типа лага.

«Моделирование процессов конденсации и испарения в канале регенеративного теплоутилизатора» (2016) ^[15]

Авторы исследуют перспективные направления совершенствования систем вентиляции и кондиционирования и, в частности, рассматривают вопрос использования теплового потенциала вытяжного воздуха (схемы кондиционирования и вентиляции с регенеративными теплообменниками). Исследователями предложен один из возможных подходов к тепловому расчету таких систем.

«Компьютерная модель погрешностей выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа при внешних воздействиях» (2015) ^[16]

Исследователи изучают возможности волоконно-оптических гироскопов (ВОГ) и предлагают компьютерную модель, позволяющую оценить отклик датчика чувствительности ВОГ как на внешние тепловые, так и на механические воздействия (удар или вибрации).

«Формирование градиентного температурного поля в процессе искрового плазменного спекания термоэлектриков» (2015) ^[17]

Авторы рассматривают свойства термоэлектрических преобразователей, работающих в условиях значительного перепада температур, и термоэлектрических материалов с изменяющимися функциональными объемными свойствами. Для того, чтобы оценить эффективность процесса искрового плазменного спекания термоэлектриков исследователи проводят компьютерное моделирование в программном комплексе COMSOL Multiphysics и анализируют полученные результаты.

«Алгоритм трехуровневого моделирования многопараметрической технической системы» (2015) ^[18]
«Модель прогнозирования состояния многопараметрической технической системы» (2015) ^[19]

Авторы этих двух статей рассматривают подходы к реализации многоуровневого компьютерного моделирования. В статьях представлены результаты разработки обобщенного алгоритма трехуровневого моделирования многопараметрической технической системы и построения на основе экспериментальных данных ее аналитической модели с различной степенью детализации.

«Применение пространственных модуляторов света для формирования лазерных пучков со спиральным распределением фазы» (2015) ^[20]

Лазерное излучение широко используют для манипуляции микрочастицами в биологии, медицине и других областях. Функциональность лазерных манипуляторов может быть значительно повышена с помощью спиральных лазерных пучков. Традиционно спиральные пучки получают с помощью статических масок, задающих амплитудное и фазовое распределение пучка. В работе предложен модернизированный способ с использованием двух жидкокристаллических пространственных модуляторов света, которые отдельно формируют амплитудное и фазовое распределение лазерного пучка.

«Компьютерное моделирование светодиодных светильников» (2014) ^[21]

Авторы представляют компьютерную модель светодиодного светильника, созданную на основе технических параметров отдельного светодиода, а также конструктивных особенностей и энергетических характеристик светового прибора. В статье исследователи приводят результаты сравнительного анализа светотехнических параметров компьютерной модели и соответствующих величин, полученных экспериментально.

Автор: Университет ИТМО

Источник ^[22]