Journal articles - Компьютерная оптика
All articles: 2609
О классификации космических снимков Sentinel-2 нейронной сетью Resnet-50
Scientific article
В работе исследовано изменение точности классификации спутниковых изображений при различных комбинациях параметров нейронной сети и набора входных данных. Проведено добавление к обучающей выборке индекса NDVI и локальных бинарных шаблонов. Выполнено тестирование классификаторов, созданных на разных количествах эпох и образцах. Определены значения гиперпараметров нейронной сети, позволяющие достичь точности классификации 0,70 и F-меры 0,65. Разделение классов с похожими спектральными характеристиками показывает низкое качество при различных параметрах и наборах входных данных. Для улучшения требуется привлечение дополнительной информации. Например, для разделения лесов на подклассы необходимо применение классификаторов, использующих изображения за разные периоды года, учитывающих вегетационный период. Кроме того, необходимо расширение обучающей выборки для учета различных природных зон, почв и т.д.
Free
О количественной оценке малых цветовых различий на цифровых изображениях
Scientific article
Рассматриваются особенности использования и возможности, предоставляемые трёхцветными колориметрами или цифровыми камерами, в задачах выявления малых цветовых различий методами компьютерного зрения. Экспериментально выявлена спектральная зависимость полных цветовых различий между парами монохроматических стимулов, цвет которых не различается визуально. Создана экспериментальная установка на основе монохроматора УМ-2, с помощью которой экспериментально построен цифровой атлас монохроматических стимулов с шагом 1 нм. Атлас служит для тестирования цветового охвата и цветоразличения камер. Экспериментально показано, что в видимом спектральном диапазоне величину цветового различия в 3 единицы обнаруживают пары стимулов, расположенные по спектру неравномерно и отличающиеся по длинам волн от 1 до 6 нм. Возможности компьютерного зрения тестируются на примерах выявления дописок при технико-криминалистической экспертизе документов. Разработан новый алгоритм для обнаружения и количественной характеризации цветового различия в дописках по цифровому фотоизображению сделанной надписи. Объективный анализ изображения предлагается разделить на блоки цветовой сегментации и оценки цветового тона и цветового различия. В такой постановке блок цветовой сегментации выполняет функции предобработки, задавая карту границ разноокрашенных классов для последующих вычислений. Метод Оцу оптимального глобального порогового преобразования впервые применён к задаче сегментации изображения по насыщенности цвета. Апробация алгоритма подтвердила его эффективность в решении экспертных задач цветоразличения.
Free
О количественной оценке эффективности алгоритмов анализа изображений
Scientific article
Статья содержит краткий обзор основных подходов к сравнительной оценке эффективности алгоритмов анализа изображений. Рассмотрены эмпирические методики сравнительного исследования эффективности детекторов границ и алгоритмов сегментации изображений, проводится анализ используемых при этом количественных критериев их оценки. Описан ряд проблем, возникающих при использовании этих критериев. Изложена эмпирическая методика EDEM (на примере сравнительного тестирования детекторов границ), реализуемая в рамках разрабатываемой авторами программной среды PICASSO.
Free
О коррекции эффекта перекрытия дифракционных порядков в спектрометре на основе схемы Оффнера
Scientific article
Проведён анализ работы спектрометра в конфигурации Оффнера с дифракционной решёткой в качестве диспергирующего элемента. В параксиальном приближении получены формулы для положения спектров на регистрирующем устройстве, формируемых в различных дифракционных порядках. Предложен метод коррекции негативного эффекта наложения спектров за счёт обработки зарегистрированного изображения.
Free
Scientific article
Рассматривается ряд новых модификаций известного метода построения линейной дискриминантной функции, минимизирующей вероятность ошибочной классификации, и основанного на процедуре Петерсона-Маттсона. Модификации метода касаются расширения его области применения для ряда типичных ситуаций, в которых известный метод не дает решений. В частности, на ситуацию построения классификатора по критерию НейманаПирсона или другим критериям, одновременно минимизирующим вероятности ошибок, на ситуацию совпадающих средних признаков в классах. Для последней ситуации показано, что задача сводится к нахождению ортогонального векторного пространства к векторам - строкам матрицы, полученной как взвешенная сумма ковариационных матриц признаков в классах.
Free
О наблюдаемости кристаллических решёток по изображениям их проекции
Scientific article
В статье рассматривается задача о наблюдаемости трёхмерной кристаллической решётки по её проекциям. Решение предложено искать в рамках теории кинематического движения системы материальных точек на основе дифференциальных кинематических уравнений. В предположении о вращательном характере движения решётки относительно плоскости наблюдения получены необходимые и достаточные условия наблюдаемости кристаллической решётки. Рассмотрены частные случаи - кубическая ячейка и тетраэдр. Получены аналитические выражения для вычисления геометрических параметров кристаллических решёток, определяющих их структуру.
Free
О повышении яркости оптического излучения
Scientific article
Показана возможность повышения яркости излучения в оптических процессах, определены условия ее повышения. Проанализировано понятие антенны оптического излучения и приведены примеры схем устройств, использующих повышение яркости.
Free
Scientific article
Рассмотрены аналитические модели, описывающие резонансное рассеяние света на непоглощающих дифракционных решетках с горизонтальной плоскостью симметрии. Для случая наклонного падения записана модель многомодовой интерференции, на основе которой предложен новый подход к получению теории связанных мод для рассматриваемых структур. Обе рассмотренные модели описывают резонансы в спектрах отражения и пропускания дифракционных решёток, обусловленные возбуждением волноводных мод и мод типа Фабри–Перо. Взаимодействие этих мод приводит к формированию связанных состояний в континууме, которые также описываются в рамках рассматриваемых моделей.
Free
О представлении целых гауссовых чисел в системе счисления Питти
Scientific article
В работе рассматривается алгоритм представления целых гауссовых чисел в канонической системе счисления с основанием "alpha"=i-1, основанный на делении с остатком, синтезируются алгоритмы реализации основных арифметических операций над числами в рассматриваемой системе счисления.
Free
О применении метода Фурье-мод к расчёту локализованных мод интегральных оптических резонаторов
Scientific article
Предложено обобщение метода фурье-мод, предназначенное для расчёта локализованных мод интегральных оптических резонаторов. Метод позволяет рассчитывать комплексные частоты и распределение поля мод. Рассчитаны моды двумерного прямоугольного резонатора на металлической подложке.
Free
О применении метода согласованных квадрик к расчёту дифракционных оптических элементов
Scientific article
Рассмотрено применение модификации метода согласованных квадрик, предназначенной для расчёта функции эйконала светового поля из условия фокусировки в набор точек, к расчёту дифракционных оптических элементов. Представлены результаты расчёта функции эйконала для фокусировки в набор точек, образующих изображение калькулятора. Исследованы характеристики формируемого изображения в рамках скалярной теории дифракции. Показано, что метод может быть применён для расчёта дифракционных оптических элементов, формирующих заданные непрерывные распределения освещённости в рамках скалярной теории дифракции. На примерах показано, что рассчитанная функция эйконала является хорошим начальным приближением при расчёте дифракционных элементов на основе итерационного алгоритма Герчберга-Секстона.
Free
Scientific article
Рассмотрено поведение пространственно-ограниченных широкополосных импульсов с радиальной поляризацией при распространении в однородном пространстве и при прохождении тонких металлических плёнок. Показано, что форма распределения поля на выходе из плёнки не связана с появлением плазмон-поляритонной волны, а повторяет распределение поля на входе металлической плёнки.
Free
О различных схемах декомпозиции двумерного ДПФ с представлением данных в алгебре квартернионов
Article
Free
О размерности границ некоторых фрактальных множеств на гексагональных решётках
Scientific article
В работе вычисляются фрактальные размерности границ фундаментальных областей всех тернарных квазиканонических систем счисления в кольце целых чисел Эйзенштейна. Для этого используется модификация метода, применяемого В. Джильбертом и Дж. Тусвальднером для вычисления размерности границ фундаментальных областей канонических систем счисления.
Free
О распространении связанных электромагнитных волн на границе проводящих диэлектриков
Scientific article
Исследуются особенности электромагнитных воли, излучаемых переменным током из линейного и кольцевого проводника. Показано, что на границе раздела диэлектрических сред с производной проводимостью индуцируются две (а не одна, как принято считать) волны. Амплитуды этих волн связаны между собой и содержат параметры обеих сред, а фазовые скорости независимы (каждая из них определяется своей средой). Показано, что для источника, лежащего на границе раздела, амплитуды волн, индуцируемых вблизи поверхности, не малы, как обычно, а соизмеримы с объемными. Таким образом, при некоторых расстояниях от источника на поверхности раздела сред возникает своеобразная интерференционная картина. Извлекаемая при этом информация о параметрах сред указывает на новые возможности электромагнитного зондирования. Предложен аналитический подход, связанный с построением ветвящихся контуров интегрирования и позволяющий без труда учесть диссипативные свойства сред. В рамках такого перехода удается найти замкнутые аналитические выражения для полей связанных поверхностных волн. Приводится набор предельных низкочастотных переходов (в том числе - к совпадающим средам). Демонстрируется одно из геофизических приложений (кривые импенданса от источника, поднятого над проводящей поверхностью).
Free
О рекурсивном вычислении свертки изображения и двумерного неразделимого КИХ-фильтра
Scientific article
В работе предлагается метод построения алгоритма рекурсивного вычисления свертки изображения и двумерного фильтра с неразделимой конечной импульсной характеристикой (КИХ). Этот метод основан на представлении конечной импульсной характеристики фильтра через вертикальные и горизонтальные рекуррентные соотношения. Каждое из рекуррентных соотношений приводит к полу-рекурсивной процедуре вычисления свертки изображения и двумерного КИХ-фильтра. В свою очередь, каждая из этих полу-рекурсивных процедур состоит из двух частей. Первая часть процедуры представляет собой рекурсивное соотношение, предназначенное для пересчета значений в процедуре, а вторая часть - нерекурсивное вычисление сверток на границах импульсной характеристики. Для перехода от полученной полу-рекурсивной процедуры к полностью рекурсивному алгоритму вычисления искомой свертки в работе доказывается специальное утверждение. Это утверждение показывает, что если импульсная характеристика искомого фильтра удовлетворяет рекуррентным соотношениям и по вертикали и по горизонтали, тогда все дополнительные импульсные характеристики, с которыми производится вычисление сверток на границах КИХфильтра, удовлетворяют тем же рекуррентным соотношениям. Данное утверждение позволяет модифицировать полученную процедуру в полностью рекурсивный алгоритм вычисления свертки изображения и двумерного неразделимого КИХ-фильтра. В работе также приводятся оценки вычислительной сложности предложенного рекурсивного алгоритма, выражаемые числом арифметических операций.
Free
Scientific article
В работе рассматриваются некоторые аспекты применения метода главных компонент (МГК) и линейного дискриминантного анализа (ЛДА) для решения задачи распознавания изображений. Основная идея такого подхода заключается в том, что сначала изображения лиц проецируются из исходного пространства признаков в редуцированное подпространство главных компонент, а затем для разделения классов изображений используется линейный дискриминантный анализ. В статье исследуется эффективность применения МГК и ЛДА к задаче распознавания изображений лиц без их предварительной нормализации. Если число изображений в классе невелико, предлагается дополнять учебную выборку изображениями, полученными путём поворота, масштабирования и зеркалирования. На изображениях баз данных ORL и Feret изучается влияние расширения учебной выборки на качество распознавания ненормализованных изображений лиц. Также рассматривается задача повышения эффективности расчёта главных компонент для больших наборов изображений. Метод линейной конденсации представляет новую технологию расчёта главных компонент больших матриц. Для повышения эффективности метода линейной конденсации предлагается использовать алгоритм блочно-ортогональной конденсации. Оценивается точность и быстродействие разработанного алгоритма.
Free
Scientific article
Рассмотрен вывод дисперсионного уравнения блоховской поверхностной волны, распространяющейся вдоль границы раздела полубесконечного одномерного фотонного кристалла и однородной среды. На основе полученного дисперсионного уравнения записано явное аналитическое соотношение, определяющее связь константы распространения и толщины верхнего слоя фотонного кристалла.
Free
О сдвиге фаз волн на границе двух сред
Scientific article
Статья посвящена обзору междисциплинарных задач и численному моделированию 2 FSI процессов в системе «газ-ротор-статор» применительно к экспериментальной ступени компрессора. Разработаны физическая, твердотельная и сеточная модели. Проведён 2 FSI расчёт по оценке взаимовлияния газодинамического потока и деформируемой лопатки ротора. Обсуждаются полученные результаты. Важным результатом является обнаружение в ходе вычислительного эксперимента сдвига фаз колебаний между статической и динамической составляющей давления в оптически прозрачной среде и сдвига фаз колебаний давления в оптически прозрачной среде и перемещений в оптически непрозрачной среде.
Free
