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.
Обработка изображений:
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.
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.
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)
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.
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)
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.
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.
Компьютерное моделирование:
Авторы решают задачу по усовершенствованию комплексных исследований влияния тепловых процессов на динамические характеристики гидростатических подшипников с использованием программного пакета MATLAB&Simulink.
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)
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)
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.
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).
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)
«Модель прогнозирования состояния многопараметрической технической системы» (2015)
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.
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)
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
