Journal articles - Компьютерная оптика
All articles: 2609
Повышение энергоэффективности нейросетевых вычислений с использованием NVDLA на ПЛИС
Scientific article
На сегодняшний день актуальна проблема создания высокопроизводительных и энергоэффективных аппаратных платформ для решения задач искусственного интеллекта. Популярным решением этой проблемы является использование ускорителей глубокого обучения для запуска нейросетей, таких как графические процессорные устройства и тензорные процессорные устройства. Компания NVIDIA предлагает программный комплекс NVDLA, позволяющий конструировать нейросетевые ускорители на базе открытого исходного кода. Данная статья описывает полный цикл создания прототипа ускорителя NVDLA на ПЛИС, а также тестирование полученного решения путем запуска на нем нейронной сети resnet-50. В завершение предоставляется оценка производительности и энергопотребления прототипа NVDLA ускорителя относительно GPU и CPU, результаты которой показывают превосходство NVDLA по многим характеристикам.
Free
Повышение эффективности анализа КТ-изображений с помощью новых текстурных радиомических признаков
Scientific article
В статье рассматривается развитие методов извлечения признаков из медицинских изображений для улучшения диагностики и анализа данных в онкологии. Представлены три новых радиомических признакадля анализа КТ-изображений легких: адаптивный контраст текстуры, направленная однородность текстуры и совместная встречаемость текстурных переходов. Эти признаки специально разработаны для улучшения анализа КТ-изображений легких, что может оказать значительное влияние на точность диагностики и распознавание мутаций EGFR. В статье подробно описаны методы и алгоритмы, использованные для создания и тестирования этих признаков, а также представлены результаты, демонстрирующие улучшение показателей Accuracy и Precision на 4 % для задачи обнаружения мутаций EGFR по сравнению с традиционными методами. Это исследование подчеркивает потенциал интеграции новых радиомических признаков в клиническую практику для более точной и эффективной диагностики рака легких.
Free
Повышение эффективности анализа изображений МРТ головного мозга с использованием отбора признаков
Scientific article
В данной статье рассматривается возможность повышения качества анализа изображений МРТ головного мозга в различных режимах сканирования путем использования алгоритмов жадного отбора признаков. Всего было рассмотрено пять последовательностей МРТ. Формирование текстурных признаков производилось с использованием програм-много комплекса MaZda. С использованием алгоритма рекурсивного отбора признаков удалось повысить точность определения типа опухоли с 69 % до 100 %. С помощью комбинированного алгоритма отбора признаков удалось повысить точность определения необходимости лечения пациента с 60 % до 78 % и с 81 % до 88 % в случае использования дополнительного класса, содержащего в себе данные пациентов, у которых точный результат лечения не известен. Использование текстурных признаков в совокупности с признаком, отвечающим за тип менингиомы, позволило однозначно определить необходимость лечения пациента.
Free
Scientific article
Рак легких с его высоким уровнем смертности представляет собой серьезную проблему в онкологии, в основном из-за бессимптомного характера ранних стадий, что затрудняет своевременную диагностику. В данной статье рассматривается интегрированный подход с использованием глубокого обучения и признаков радиомики для улучшения обнаружения и прогнозирования генетических мутаций в узловых образованиях легких, тем самым продвигая границы персонализированной медицины в контексте рака легких. В работе используются сверточные нейронные сети и трансформеры, что позволяет анализировать изображения компьютерной томографии для сегментации легочных узелков и прогнозирования значимых генетических мутаций, в частности EGFR и KRAS. Наш интегрированный подход, в частности сочетание YOLOv7 с DeepLabv3 и признаками текстур, показал высокие результаты, достигнув Accuracy 98,5% и Precision 96% в задачах сегментации, а также высоких показателей Accuracy 97,8% и 98% для прогнозирования мутаций EGFR и KRAS соответственно с помощью сочетания глубокого обучения и радиомики.
Free
Scientific article
Классификация типов подстилающей поверхности по мульти- и гиперспектральным изображениям традиционно осуществляется на основе анализа диаграмм рассеяния значений пикселей в многомерном пространстве признаков, в качестве которых используются яркости в отдельных каналах. Для повышения достоверности классификации используются подходы, основанные на учете характеристик каждого пикселя и пикселей его ближайшей окрестности, т.е. на совместном анализе спектральных и пространственных признаков. В данной работе на тестовом гиперспектральном изображении выполнены исследования эффективности методов спектрально-пространственной классификации данных, учитывающих пространственную информацию на различных этапах обработки. Особое внимание уделено подбору размера ядра пространственной обработки. Продемонстрировано, что включение в анализ окрестностей пикселей на любом этапе повышает точность классификации, однако наибольшую эффективность демонстрируют методы предварительной обработки исходных данных. При этом лучшие результаты достигаются при сочетании предварительной обработки сырых данных (до выполнения процедур попиксельной спектральной классификации) и апостериорной обработки результирующих картосхем. Отмечена перспективность многомасштабного сглаживания исходных изображений с кратным количеству масштабов увеличением числа спектрально-пространственных признаков, позволяющего исключить процедуру предварительного подбора масштаба пространственной обработки.
Free
Подавление ложноположительных обнаружений лиц в видеопотоках систем видеонаблюдения
Scientific article
Данная работа посвящена задаче фильтрации ложноположительных обнаружений лиц людей в видеопотоках систем видеонаблюдения. Предлагается два подхода для подавления ложноположительных обнаружений в фоновых участках кадра: первый заключается в адаптации детектора под наблюдаемый видеопоток, а второй представляет собой постобработку выхода детектора за счёт анализа частоты обнаружения похожих частей кадра. Мы используем в качестве базового каскадный детектор, но метод может быть применён к другим алгоритмам. Экспериментальное оценивание показывает, что предложенные методы улучшают и точность, и полноту, при этом время работы детектора сокращается на 47 %.
Free
Подавление помех на цифровых голографических изображениях
Scientific article
В данной работе представлен программный модуль цифровой фильтрации для подавления помех на восстановленных голографических изображениях и на исходных цифровых голограммах. Суть разработанного модуля заключается в том, что к голографическому изображению применяется прямое двумерное преобразование Фурье. На полученном Фурье-изображении голограммы алгоритм определяет пиксели, несущие информацию о помехах, с яркостью белого цвета (палитра градации серого) ниже определённого значения (в нашем случае, исходя из экспериментальных результатов, было выбрано значение 50). Далее при помощи оператора усреднения яркость таких пикселей приводится к значению яркости окружающих пикселей, создавая эффект размытия. После фильтрации применяется обратное двумерное преобразование Фурье для получения цифрового отфильтрованного изображения координатной плоскости, свободного от помех. По результатам обработки многочисленных цифровых голограмм было выявлено, что разработанный модуль способен удалять помехи без потери информации о форме и местоположении регистрируемых объектов.
Free
Подавление пространственно-временных неустойчивостей излучения широкоапертурных лазеров класса B
Scientific article
В данной работе проведено исследование пространственно-временных неустойчивостей стационарной генерации широкоапертурных лазеров класса B. Аналитически найдены условия возникновения филаментационной неустойчивости и её пространственно-временные характеристики. Рассмотрены возможности стабилизации лазерной генерации при изменении управляющих параметров. Показано, что эффективное подавление неустойчивых гармоник поля может достигаться при инжекции в резонатор внешнего оптического излучения.
Free
Подготовка поверхности подложек для изготовления ДОЭ методом послойного наращивания фоторезиста
Article
Free
Подход к адаптивной пространственной интерполяции геофизической информации
Scientific article
Одной из проблем обработки пространственной информации в прикладных областях является ее выраженная пространственная анизотропия, обусловленная как неравномерным распределением источников данных по земной поверхности, так и их временной неработоспособностью ввиду технических сбоев и человеческого фактора. Указанная проблема создает ощутимые препятствия как в изучении различных процессов, так и в процессах принятия решений на основе такой информации. Так, выраженной пространственной анизотропией обладает геофизическая информация, в частности, геомагнитные данные, которые в режиме реального времени регистрируются сетью магнитных обсерваторий по всему миру. При этом известные методы интерполяции, не учитывающие ни особенности описываемых процессов, ни их зависимость от внешних факторов, недостаточно эффективно справляются с задачей. В работе предложен подход к адаптивной пространственной интерполяции, основной идеей которого является определение статистических и геостатистических методов интерполяции, наиболее эффективных при различных сочетаниях внешних и внутренних факторов. Далее в процессе интерполяции искомое значение восстанавливается выделенным методом на основе геопространственной привязки и внешних факторов. На примере геомагнитной информации посредством разработанного веб-ориентированного прототипа программного решения показана эффективность подхода. Установлено, что предложенный авторами подход к адаптивной пространственной интерполяции позволяет снизить значение среднеквадратической ошибки восстановления данных по сравнению с известными подходами.
Free
Scientific article
Мониторинг параметров геомагнитного поля и его вариаций осуществляется главным образом с помощью наземных магнитных обсерваторий и вариационных станций. Однако несовершенство применяемой аппаратуры и задействованных каналов связи обусловливает наличие пропусков во временных рядах геомагнитных данных, что, наряду с пространственной анизотропией источников данных, создаёт значимые препятствия на пути их автоматизированной обработки. При этом известные методы импутации пропусков во временных рядах обеспечивают среднеквадратическую ошибку восстановления, существенно превышающую уровень, принятый для такого рода геофизических наблюдений. В настоящей работе предложен метод восстановления геомагнитных данных, основанный на статистических методах обработки временных рядов и принципах машинного обучения с использованием размеченных данных. Его отличительной особенностью является то, что признаковым описанием фрагмента временного ряда выступает пара предшествующего и следующего за ним фрагментов того же ряда, в совокупности образующих обучающую выборку для поиска недостающего фрагмента по набору его признаков с последующим линейным масштабированием для восстановления исходного тренда информационного сигнала. Приводятся оценки параметров временных рядов геомагнитных данных, при которых возможно применение предложенного метода для восстановления как суточных вариаций, так и фрагментов длительностью в несколько минут.
Free
Подход к динамической визуализации разнородных геопространственных векторных изображений
Scientific article
Одной из известных проблем геоинформационных программных библиотек при визуализации геопространственных данных является низкая эффективность и ограниченность покадрового изменения группы пространственных слоев с временной привязкой. Среди наиболее значимых трудностей визуализации можно отметить невозможность синхронного переключения группы пространственных слоев по временному параметру, что негативно сказывается на результатах оценки временной анизотропии соответствующих пространственных данных. Проблема усугубляется также разнородностью пространственной информации, что выражается в шагах дискретизации, форматах, используемых геопространственных примитивах. Выявленная проблема существенно затрудняет решение задач, связанных с анализом пространственно-временной информации в различных научных и прикладных областях. Ярким примером тому является решение задачи анализа пространственно-временной анизотропии геофизической информации, что с точки зрения визуализации, предполагает возможность оценки ретроспективных данных в динамическом режиме за заданный временной интервал. В работе предложен подход, позволяющий выполнить интеграцию разнородных векторных геопространственных данных для последующих обработки, анализа и визуализации. Эффективность разработанного подхода была подтверждена на примере веб-приложения, обеспечивающего визуализацию геопространственного изображения в виде комплекса пространственных полилиний произвольных данных, а также при решении задачи анализа пространственно-временных вариаций геофизических данных.
Free
Подход к обнаружению и устранению артефактов пространственных изолиний в приложениях веб-ГИС
Scientific article
Одной из распространенных проблем современных геоинформационных веб-ориентированных библиотек и интерфейсов при построении пространственных изолиний является присутствие в результирующем наборе множественных артефактов, в частности, разомкнутых линий уровня. Как следствие, сформированный набор пространственных изолиний после процедуры веб-рендеринга затрудняет анализ пространственного распределения соответствующих параметров, с одной стороны, и снижает качество рендеринга пространственного изображения, с другой. При этом особенно критичны артефакты пространственных изолиний для больших объемов данных. В работе предложен подход, позволяющий выполнить корректировку программно сформированных изолиний посредством идентификации разомкнутых линий и их последующего выборочного соединения либо замыкания. С точки зрения программной реализации представленный подход практически не изменяет времени отклика серверных сценариев. Эффективность разработанного подхода была подтверждена на примере веб-приложения, обеспечивающего визуализацию геопространственного изображения в виде комплекса пространственных изолиний геофизических параметров в области аврорального овала.
Free
Scientific article
В статье исследуется возможность получения прозрачного объемного нанокристаллического ситаллового стекла c 3D-градиентом линейного коэффициента преломления для изготовления рабочего тела (смесителя) оптического устройства управления диаграммой направленности антенной решетки. Изначальный материал являлся двухфазным. Описаны режимы обработки материала, представлены фотографии полученных образцов. Выявлен оптимальный способ обработки, включающий выбранные режимы нагрева и охлаждения образцов. Выполнен анализ степени деформации наноструктурной обработки образцов.
Free
Подход к построению коммутаторов оптических сигналов, управляемых оптическим излучением
Scientific article
Настоящая статья посвящена исследованию возможности создания коммутаторов оптических сигналов, управляемых дополнительно подаваемым оптическим излучением. Предполагается, что управляющее излучение изменяет показатель преломления оптической среды устройства, а с ним и длину волны информационного излучения. Для контроля последней используется многолучевой интерферометр. Проведена краткая оценка технических аспектов построения устройства. Анализ показал, что интерференционный коммутатор принципиально технически реализуем. К основным его недостаткам можно отнести наличие постоянной составляющей в интерференционной картине и искажение действием интерференции и нелинейных оптических эффектов цифрового оптического сигнала.
Free
Подходы к алгоритмизации строгого метода связанных волн
Scientific article
Выведены коэффициенты Фурье в разложении в ряд диэлектрической проницаемости линейно-пилообразного рельефа с положительным тангенсом угла наклона рабочей поверхности и с вертикальным обратным скатом, необходимые для алгоритмизации и реализации строгого метода связанных волн. Описаны и сравнены по устойчивости и эффективности подходы к реализации строгого метода связанных волн: подход целенаправленного преобразования матрицы пропускания и подход Гауссовых сокращений. Сделан вывод, что оптимальным подходом для определения дифракционной эффективности в случае пилообразной микроструктуры, глубина рельефа которой одного порядка с пространственным периодом, является подход целенаправленного преобразования матрицы пропускания.
Free
Scientific article
Рассмотрены различные подходы к обработке изображений и видео с целью решения задач обнаружения, слежения и оценки параметров движущихся объектов. Описаны разработанные алгоритмы решения обозначенных задач применительно к области транспортной аналитики. При разработке алгоритмов внимание было уделено решению задач на внутренней платформе камер видеонаблюдения, что накладывает ограничения на вычислительную сложность. Первый алгоритм (базовый) выполняет обнаружение и оценку параметров движущихся объектов и основан на обработке двух связанных зон изображения. Данный алгоритм включает вычислительно эффективную и адаптивную процедуру оценки и обновления фоновой составляющей изображения на основе физики процесса движения объекта интереса через зону обработки. Второй алгоритм выполняет слежение за объектом на основе метода оптического потока, инициализированного особыми точками. Третий алгоритм основан на прослеживании сегментов объекта, невысокая сложность алгоритма позволяет реализовать его на внутренней платформе интеллектуальных камер. Приведены результаты экспериментальных исследований предложенных алгоритмов, также проведено сравнение с некоторыми алгоритмами, представленными в литературе. Показано, что алгоритмы слежения позволяют повысить точность обнаружения и оценки параметров движущихся объектов, а также сократить вероятность ошибок классификации по сравнению с базовым подходом.
Free
Поиск дубликатов на цифровых изображениях
Scientific article
В статье предлагаются два алгоритма поиска на изображениях неискажённых дубликатов – полностью совпадающих прямоугольных фрагментов. Оба алгоритма используют представление данных фрагмента в виде значения хэш-функции, но используют различные математические принципы для её построения: теоретико-вероятностный и теоретико-числовой. В работе представлено сравнение предложенных алгоритмов, а также даны рекомендации по их применению.
Free
Поиск объектов на изображении с использованием морфлетных описаний
Scientific article
В работе предлагается оригинальный метод поиска объектов на основе деревьев морфлетов. Метод позволяет устойчиво обнаруживать объекты различной природы на изображении и не требует предварительного обучения. При этом, помимо выделения объемлющего прямоугольника, одновременно с обнаружением происходит предварительная сегментация, которая в дальнейшем может использоваться при распознавании. Другой важной особенностью предлагаемого подхода является отсутствие необходимости использования скользящего окна, а также пирамиды признаков для выделения разномасштабных объектов.
Free
