Journal articles - Компьютерная оптика
All articles: 2609
О синтезе эффективного алгоритма над множеством алгоритмов вычисления свертки
Scientific article
В работе рассматривается проблема синтеза эффективного алгоритма, предназначенного для решения задачи вычисления линейной свертки. Для построения искомого алгоритма вводится замыкание заранее заданного множества алгоритмов по модели (преобразования), которое представляет собой новое множество алгоритмов. Алгоритм с наилучшими вычислительными характеристиками из замыкания называется индуцированным алгоритмом. Индуцированный алгоритм, по построению, использует для решения задачи вычисления свертки не только наиболее подходящее подмножество алгоритмов исходного множества, но и характеристики обрабатываемого сигнала с импульсной характеристикой. В работе доказывается ряд теорем, которые устанавливают необходимые и достаточные условия эффективности и строгой эффективности индуцированного алгоритма. Аналогичные теоремы доказываются для практически важного случая, когда в качестве исходного множества выбираются алгоритмы основных классов: алгоритма прямого вычисления свертки; алгоритмов, построенных на основе дискретных ортогональных преобразований (типа БПФ); и рекурсивных алгоритмов вычисления свертки (рекурсивных фильтров). Приводится общее описание метода синтеза эффективного алгоритма, который разработан на основе полученных теоретических результатов. Представлено детальное алгоритмизированное описание процедур, которые реализуют отдельные этапы предлагаемого метода. Приводятся несколько известных алгоритмов вычисления свертки, которые являются частными решениями рассматриваемой проблемы синтеза эффективного алгоритма.
Free
О структуре взаимодействия волн с периодически возмущенной средой
Scientific article
Исследуется отражение и преломление волн при падении излучения на среду с пространственно-периодической структурой. Получена система интегродифференциальных уравнений и найдено ее аналитическое решение. Демонстрируется описание серий боковых лучей в преломленной волне. Приводится компактная структура амплитуд первых порядков. Отмечается возможность резонансного слияния боковых лучей. Вычисляются предельные амплитуды лучей и условия возникновения резонанса.
Free
Scientific article
В работе доказывается ряд утверждений, позволяющих существенно уменьшить сложность доказательств классификационных теорем для квазиканонических систем счисления в мнимых квадратичных полях. Доказываются теоремы сходимости алгоритмов, реализующих сложение целых алгебраических чисел в квазиканонических системах счисления.
Free
О формировании структур в неравновесных средах при резонансном трёхволновом взаимодействии
Scientific article
Показана возможность формирования петлевых структур в неравновесных средах, допускающих резонансное трёхволновое взаимодействие собственных мод. Построена параметрическая диаграмма режимов спиральных структур на плоскости «амплитуда волны накачки - крутизна фронта».
Free
Об использовании многорастрового ввода одномерных сигналов в двумерных оптических корреляторах
Scientific article
Приводится математическое описание работы когерентного оптического коррелятора при многорастровом вводе длинных сигналов. Показано, что такой ввод позволяет ослабить величину ложных корреляционных максимумов, появляющихся в общем случае на выходе коррелятора с однорастровым вводом. Показано также, что ложные максимумы не появляются при обработке сигналов с кнопочной функцией неопределенности, что позволяет обойтись без многорастрового ввода. Результаты теоретического анализа подтверждаются экспериментами с ЛЧМ-сигналами и сигналами типа М-последовательности.
Free
Об одной задаче численного секционирования в офтальмологии
Scientific article
Рассматривается задача восстановления изображений (секционирования) сечений глазного дна, находящихся на различной глубине, на основе стека изображений, полученных при быстрой перефокусировке изображающей системы и представляющих собой суперпозиции истинных сечений трёхмерного объекта с размытыми изображениями соседних по глубине сечений. Для решения соответствующей задачи трёхмерной деконволюции используется неявный итерационный метод регуляризации в Фурье-плоскости. Приведённые результаты математического моделирования свидетельствуют о возможности эффективного численного секционирования в задачах офтальмологии при наличии помех и шумов различной природы.
Free
Об одном методе вычисления обобщённых нормальных решений недоопределённых линейных систем
Scientific article
В статье представлен новый метод вычисления обобщённых нормальных решений недоопределённых систем линейных алгебраических уравнений на основе специальных расширенных систем. Преимуществом данного метода является возможность решения очень плохо обусловленных (возможно разреженных) недоопределённых линейных систем большой размерности с использованием современных вариантов метода итерационного уточнения на основе метода обобщённых минимальных невязок (GMRES-IT). Представлены результаты применения рассматриваемого алгоритма для решения задачи балансировки химических уравнений (баланс масс).
Free
Об оптическом преобразовании координат после двух отражений
Scientific article
В ряде задач оптической обработки информации, адаптивной оптики и теории зеркальных антенн возникает необходимость в оптическом преобразовании координат. В случае, когда оптическая среда представляет собой комбинацию плоского оптического элемента с линзой (или без линзы) в параксиальной области, задача рассмотрена в литературе, В работе показано, что если оптическая среда состоит из двух отражающих гладких зеркал, то при определенных условиях задача имеет решение и вне параксиальной области. Явно выведены уравнения зеркал, реализующих заданное преобразование координат. Рассмотрено также применение в теории зеркальных антенн.
Free
Об оценке локальной энтропии изображения в скользящем окне
Scientific article
В статье рассмотрен ряд вопросов, связанных с вычислением локальной энтропии в скользящем окне обработки изображения. Предложен новый алгоритм оценки энтропии, обладающий в несколько раз меньшей вычислительной сложностью по сравнению с известными. Алгоритм основан на приближенном представлении гистограммы в виде усеченного разложения в ряд по некоторой системе ортогональных базисных функций, рекурсивного вычисления коэффициентов этого разложения в скользящем окне и последующего пересчета коэффициентов в оценку энтропии. Рассмотрены вопросы выбора ортогонального базиса для представления локальной гистограммы в виде усеченного ряда, показана целесообразность использования базиса Хаара. Описана методика построения иерархического аппроксиматора, осуществляющего быстрый пересчет коэффициентов разложения гистограммы в значение энтропии. Теоретические положения статьи верифицированы экспериментами на изображениях дистанционного зондирования Земли.
Free
Scientific article
Рассмотрены оптические свойства структуры, состоящей из дифракционной решетки, работающей в геометрии Литрова, плоскопараллельного диэлектрического слоя и зеркала, полностью отражающего падающее на него излучение. Получено условие, накладываемое на элементы матрицы рассеяния дифракционной решетки, при выполнении которого можно за счет выбора толщины диэлектрического слоя получить полное обратное отражение, т.е. направить всю энергию падающей волны в –1-й отраженный порядок дифракции. Результаты численного моделирования в рамках электромагнитной теории дифракции полностью подтверждают полученные теоретические результаты.
Free
Об эффективности алгоритмов Рейдера-Винограда
Scientific article
Доказывается факт существования "исключительных" простых чисел, для которых алгоритмы Рейдера-Винограда вычисления дискретного преобразования Фурье и/или свертки соответствующей длины являются неэффективными. Приводятся достаточные условия "исключительности" в аналитической форме.
Free
Обзор алгоритмов детектирования текстовых областей на изображениях и видеозаписях
Scientific article
Статья посвящена обзору методов детектирования и сегментации текстовых областей на изображениях и видеозаписях. Определяется обобщенный алгоритм работы систем распознавания текстов. Проводится обзор методов детектирования, определения структуры и сегментации текстовых документов в рамках решения задачи распознавания текстовых областей на изображениях и видеозаписях. Методы, предложенные в течение 30 лет исследований, анализируются с точки зрения точности, скорости и универсальности. В работе затрагиваются современные проблемы, касающиеся детектирования и распознавания текстовых областей на изображениях.
Free
Обзор и тестирование детекторов фронтальных лиц
Scientific article
Статья посвящена сравнению разработанного авторами способа обнаружения лиц, основанного на каскаде компактных свёрточных нейронных сетей, с современными детекторами фронтальных лиц. Приведены результаты тестирования 16 алгоритмов на 2-х открытых наборах данных, а также замеры скорости их работы. Выводится общая оценка качества алгоритмов.
Free
Scientific article
Передача, обработка и хранение информации в инфраструктуре «интернета вещей» сопряжены с необходимостью решения ряда задач обеспечения информационной безопасности. Основная сложность заключается в том, что инфраструктура «интернета вещей» неоднородна и включает в себя множество различных устройств, в том числе с ограниченными вычислительными ресурсами. Одним из подходов к решению данных задач является встраивание дополнительной информации в передаваемые и хранимые цифровые объекты. В данной работе представлен обзор методов встраивания информации в цифровые данные для обеспечения безопасности в «интернете вещей», включающий методы стеганографического встраивания информации и методы встраивания цифровых водяных знаков. Рассмотрены методы встраивания информации в цифровые изображения, а также данные беспроводных сенсорных сетей, предлагаемые для использования в «интернете вещей». Выявлены достоинства и недостатки, присущие отдельным методам и группам методов, проведён анализ их применимости для защиты данных в «интернете вещей». Выявлены актуальные направления в данной области исследований.
Free
Scientific article
Данная работа представляет собой аналитический обзор составных частей современной технологии создания систем адаптивной оптики для коррекции искажений оптических волн при распространении в турбулентной атмосфере. Работа состоит из следующих частей: описания техники, обеспечивающей измерения флуктуаций оптических волн на атмосферных трассах, теоретических расчётов флуктуаций методами аналитического анализа и математического моделирования, технологии прогноза турбулентного движения воздуха путём численного решения уравнений Навье-Стокса и, наконец, построения систем адаптивной оптики, компенсирующих турбулентные искажения в оптико-электронных системах формирования изображения и лазерных пучков излучения. Акцентировано внимание к особенностям флуктуаций специально создаваемых Лагерр-Гауссовых и Бессель-Гауссовых пучков излучения. Показаны особенности распространения вихревых Лагерр-Гауссовых и вихревых Бессель-Гауссовых пучков для переноса орбитального углового момента через турбулентную среду. Обнаружен эффект относительного ослабления флуктуаций фазы и интенсивности безвихревых Бессель-Гауссовых пучков по сравнению с аналогичными характеристиками Гауссовых пучков. Отмечается наличие высокой чувствительности интегрального масштаба степени когерентности вихревых Бессель-Гауссовых пучков и вихревых конических волн, в отличие от радиуса когерентности этих пучков и волн, к влиянию атмосферной турбулентности. Приведены сведения о возможности построения систем адаптивной оптики для крупноапертурного солнечного телескопа, работающего в условиях сильной атмосферной турбулентности.
Free
Обзор технологии квантового распределения ключей на непрерывных переменных в свободном пространстве
Scientific article
Квантовое распределение ключей в свободном пространстве открывает новые возможности для разработки систем квантовых коммуникаций, облегчая процесс развертывания квантовых сетей в физически труднодоступных зонах и на широких ландшафтах без использования оптического волокна. Этот подход позволяет преодолевать ограничения, связанные с прокладкой кабелей, и обеспечивает более гибкую инфраструктуру для передачи квантовой информации. Вместе с применением протоколов на непрерывных переменных возможно организовать безопасную передачу информации с помощью оптимальных масштабируемых систем связи, несмотря на пагубное воздействие окружающей среды. В данной работе обсуждаются основные достижения и технические аспекты реализации квантового распределения ключей на непрерывных переменных в атмосферном канале с рассмотрением основных воздействий атмосферы, таких как турбулентность, рассеяние и блуждание луча. Представлено текущее состояние конструируемых квантовое распределение ключей на непрерывных переменных в открытом пространстве и их практические реализации, включая успешные экспериментальные проекты и прототипы. Обсуждаются перспективы дальнейшего развития технологий, включая интеграцию с существующими телекоммуникационными сетями и потенциальные области применения.
Free
Обнаружение аномалий на гиперспектральных изображениях
Scientific article
В статье предлагается несколько новых алгоритмов обнаружения аномалий на гиперспектральных изображениях, использующих различные способы определения факта «аномальности». Производится сравнение предлагаемых алгоритмов с широко используемым RXD-алгоритмом и его модификациями, на ряде примеров продемонстрированы преимущества предложенных решений.
Free
Scientific article
В статье предлагается система признаков, предназначенная для обнаружения атак на биометрическое предъявление на системы аутентификации, использующие лицевую биометрию. При таком типе атаки злоумышленник маскируется под авторизованного пользователя, используя его изображение. Предложенная система признаков предполагает возможность использования одного или нескольких изображающих сенсоров в дополнение к базовой RGB-камере (тепловизоры, дальномеры, инфракрасные камеры). Использование предложенной системы признаков в сочетании с одной из классических моделей бинарной классификации составляет предлагаемый в работе метод обнаружения атак на биометрическое предъявление. Данный метод продемонстрировал низкий уровень ошибок на наборе данных WMCA, при этом эксперименты показали его способность оставаться эффективным в условиях нехватки обучающих данных. Проведённые сравнительные эксперименты показали, что предложенный метод превзошёл алгоритм RDWT-Haralick-SVM и приблизился к результатам алгоритма MC-CNN, основанного на глубоком обучении и требующего значительно больший объём обучающих данных.
Free
Scientific article
Встраивание в изображение областей, скопированных из другого изображения, является одним из часто осуществляемых видов подделки изображений. Данная статья посвящена исследованию одного из методов их обнаружения, работа которого основана на анализе артефактов, обусловленных параметрами сенсора регистрирующего устройства, при помощи которого было получено изображение. Для проверки подлинности изображение разбивается на блоки, для каждого из которых вычисляется критерий, определяющий вероятность наличия/отсутствия на нем артефактов и, как следствие, вероятность того, является ли блок встроенным. В экспериментальной части работы проводится анализ точности обнаружения встроенных областей, а также исследование устойчивости метода к различным видам искажений: аддитивному гауссовскому шуму, сжатию JPEG и линейному контрастированию. Результаты экспериментов показали, что метод позволяет обнаруживать встроенные области различной природы, формы и размера, а также обладает устойчивостью к аддитивному гауссовскому шуму и линейному контрастированию для заданного диапазона параметров, но не устойчив к сжатию JPEG. Отличительной особенностью метода является возможность выявления встроенных областей с минимальным размером 2×2.
Free
