Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
Система распознавания объектов на фотограмметрических изображениях
Статья научная
В статье представлена автоматизированная система обработки цифровых растровых изображений снимков фотограмметрической съемки, вводимых в компьютер путем сканирования. Система предназначена для цифровой компьютерной обработки фотограмметрической информации в научных и технических экспериментах по изучению поведения локальных объектов в двухмерной среде. В статье описаны методы определения геометрических параметров и анализа пространственного положения объектов и алгоритмы получения прецизионных фотограмметрических данных, соответствующих реальным измерительным свойствам обрабатываемых снимков.
Бесплатно
Система технического зрения для контроля состояния железнодорожного пути
Статья научная
В статье приведено описание системы технического зрения, предназначенной для мониторинга железнодорожного пути. Описаны основные элементы алгоритма обнаружения маячных меток, которые используются для контроля механических напряжений по длине рельсовой плети. В заключительном разделе статьи описаны особенности, которые встречаются в реальных условиях эксплуатации: влияние неоднородностей поверхности катания рельса на работу алгоритма и ложное обнаружение элементов инфраструктуры железнодорожного пути, похожих на маячные метки.
Бесплатно
Система технического зрения для определения количества гель-частиц в растворе полимера
Статья научная
Рассматривается система технического зрения (СТЗ) для определения количества гель-частиц в растворе полимера при проведении лабораторного анализа. Предложен состав и определены технические характеристики системы, решающей поставленную задачу. В ходе создания СТЗ разработаны новые методы пороговой обработки и анализа получаемых при этом бинарных изображений, работающие в условиях слабой контрастности изображений и при наличии значительного уровня помех. Разработано программное обеспечение, реализующее указанные методы, автоматизирующие процесс проведения лабораторных анализов по определению количества гель-частиц в растворе полимера и их последующую обработку. Использование СТЗ вместо наблюдателя при проведении данного анализа позволяет существенно снизить психовизуальную нагрузку на лабораторный персонал, повысить точность и достоверность определения количества гель-частиц в растворе полимера, обеспечить документируемость проводимых лабораторных анализов.
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Системы счисления в модулярных кольцах и их приложения к "безошибочным" вычислениям
Статья научная
В статье вводятся и исследуются новые системы параллельной машинной арифметики, связанной с представлением данных в избыточной системе счисления с базисом, формируемым последовательностями степеней корней характеристического полинома рекуррентности второго порядка. Такие системы счисления являются модулярными редукциями обобщений системы счисления Дж. Бергмана с основанием, равным «золотому сечению». Описывается ассоциированная система остаточных классов. В качестве приложения к задачам цифровой обработки сигналов в работе предлагается, в частности, новый «безошибочный» алгоритм вычисления дискретной циклической свёртки. Алгоритм основан на применении нового класса дискретных ортогональных преобразований, для которых существуют эффективные реализации, не использующие умножений.
Бесплатно
Статья научная
На примере рассмотрения дифракции скалярных волн на амплитудном бинарном дифракционном «линзаконе» показана возможность сканирования в пространстве дифракционноограниченным волновым пучком при смещении точечного источника излучения и изменении длины волны излучения от расчетной в террагерцовом диапазоне длин волн.
Бесплатно
Статья научная
На основе нелинейно-оптических сегнетоэлектрических монокристаллов создан и исследован дифракционный оптический элемент, предназначенный для скоростной модуляции поперечно-модового состава пучка, формируемого из освещающего Гауссова пучка лазера.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен способ автоматической компенсации радиальной дисторсии - искажения, характерного для широкоугольных объективов. Предложенный алгоритм оценивает параметры искажения, используя только единичное изображение, полученное из неизвестного источника. При этом не используются какие-либо калибровочные объекты, но предполагается, что исходная сцена содержит прямые линии. Суть метода заключается в поиске радиальной дисторсии с таким набором параметров, что ее исправление даст изображение, на котором «в целом» линии выглядят более прямыми. Для оценки общей искривленности линий в данной работе предлагается использовать быстрое преобразование Хафа, при этом собственно линии на изображении не выделяются. Предложенный алгоритм был проверен на реальных данных, полученных камерами с откалиброванными объективами, имеющими различную степень радиальной дисторсии. Для формальной оценки работы алгоритма был предложен функционал качества компенсации геометрического искажения, нечувствительный к возможной плохой обусловленности задачи определения коэффициентов модели дисторсии.
Бесплатно
Слепое восстановление изображений радиолокационных станций с синтезированной апертурой
Статья научная
В статье рассматривается проблема компенсации эффектов деградации пространственной разрешающей способности РЛС с синтезированной апертурой (РСА), возникающих вследствие эффектов распространения радиоволн в атмосфере Земли и погрешностей знания геометрии относительного движения РСА и отражающей поверхности. Предлагаются алгоритмы слепого восстановления изображений РСА, в том числе, основанные на методе минимальной энтропии, для случаев как параметрической (автофокусировка), так и непараметрической неопределенности. Приводятся результаты экспериментальной проверки предложенных алгоритмов при восстановлении авиационной РСА L-диапазона.
Бесплатно
Сложные вихревые пучки для вращения микромеханических элементов
Статья научная
Рассматриваются дифракционные оптические элементы, формирующие сложные вихревые пучки для вращения микромеханических элементов. Представлен эксперимент по формированию таких пучков и эксперимент по вращению агломераций полистироловых микрочастиц в сложных вихревых пучках.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача непараметрического восстановления многомерных плотностей распределения вероятностей в системах машинного обучения для классификации и аугментации данных. Предлагается метод получения смешанной ядерной непараметрической оценки плотности распределения как свертки ядерной оценки неизвестной плотности распределения вектора информативных признаков и известной или независимо оцениваемой плотности распределения вектора помеховой составляющей, сопровождающей процесс измерений. Анализируются свойства получаемых таким образом смешанных оценок. Приводятся результаты их сравнения с традиционной ядерной оценкой Парзена, применяемой непосредственно к общей выборке обучающих данных. Теоретически и экспериментально показывается, что использование смешанной оценки эквивалентно реализации процедуры аугментации - искусственного размножения обучающих данных в соответствии с известной или оцененной статистической моделью помеховой составляющей. Рассматриваются возможности применения смешанных оценок для обучения алгоритмов классификации биологических объектов (элементов зерновых смесей) на основе обработки измерений спектров пропускания в видимом и ближнем ИК-диапазонах длин волн.
Бесплатно
Смещённые эллиптические гауссовы пучки с внутренним орбитальным угловым моментом
Статья научная
Рассмотрены параксиальные световые пучки, составленные из Гауссовых пучков, смещённых с оптической оси, фаза которых подобрана специальным образом, чтобы суперпозиция была инвариантной к распространению в пространстве, то есть без изменения формы поперечного сечения. Путём решения системы пяти нелинейных уравнений составлена суперпозиция в виде инвариантного внеосевого эллиптического Гауссова пучка. Получено выражение для орбитального углового момента такого пучка. Показано, что он складывается из двух составляющих. Первая из них равна моменту относительно центра пучка и возрастает с его эллиптичностью. Вторая квадратично зависит от расстояния от центра масс до оптической оси (аналог теоремы Штейнера). Показано, что ориентация эллипса в поперечной плоскости не влияет на нормированный орбитальный угловой момент.
Бесплатно
Снижение влияния шумов на интерпретацию спектров в Фурье-спектроскопии
Статья научная
По многим причинам в Фурье-спектроскопии приходится иметь дело со скоррелированными шумами. Предлагается простой метод определения концентрации известного вещества по спектру поглощения при наличии такого шума. Оценка концентрации по данному методу соответствует оценке с минимальной дисперсией. В частности, для разобранного примера определения концентрации СО, точность возрастает в 5 раз по сравнению с методом наименьших квадратов.
Бесплатно
Статья научная
Последние исследования в области глубокого обучения показали, что метод градиентного спуска при условии почти идеальной разделимости обучающей выборки сходится к оптимальному решению, обеспечивающему максимальный зазор между классами. Даже без введения явной регуляризации положение разделяющей гиперплоскости продолжает изменяться, несмотря на то, что ошибка классификации на обучении стремится к нулю. Данное свойство так называемой «неявной» регуляризации позволяет использовать градиентный метод с более агрессивным шагом обучения, что гарантирует более низкие вычислительные затраты. Однако, хотя метод градиентного спуска обеспечивает хорошую обобщающую способность при стремлении к оптимальному решению, скорость сходимости к данному решению в условиях почти идеальной линейной разделимости значительно ниже, чем скорость сходимости, определяемая самой функцей потерь с заданным шагом обучения. В данной работе предлагается расширенная логарифмическая функция потерь, оптимизация параметров которой повышает скорость сходимости, обеспечивая границу погрешности, эквивалентную границе метода градиентного спуска. Результаты вычислительных экспериментов при классификации изображений на эталонных наборах MNIST и Fashion MNIST подтвердили эффективность предложенного подхода к снижению вычислительных затрат в условиях почти идеальной линейной разделимости обучающей выборки и обозначили направления дальнейших исследований.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено совместное воздействие поляризационно-модовой дисперсии, нелинейностей керровского типа и хроматической дисперсии на качество приёма WDM-сигнала в волоконно-оптической линии. Проведено численное моделирование передачи сигнала в многопролётной линии с оптическим усилением сигнала и компенсацией хроматической дисперсии, рассмотрены случаи линейного кодирования с возвратом и без возврата к нулю. Показано, что в ряде случаев может наблюдаться повышение качества сигналов в случае взаимодействия ПМД и нелинейностей по сравнению со случаем присутствия только нелинейностей в связи с компрессией импульсов. Показано, что проявление указанного эффекта определяется характером зависимости линии передачи поляризационно-модовой дисперсии от частоты.
Бесплатно
Снижение размерности векторов признаков по критериям мультиколлинеарности
Статья научная
В работе рассматривается возможность снижения размерности векторов признаков для задачи распознавания образов. Снижение размерности производится за счет отбрасывания менее информативных признаков. В качестве такого критерия информативности предлагается показатель диагонально преобладания. Обсуждается эффективность данного показателя по сравнению с другими мерами мультиколлинеарности с вычислительной точки зрения. Предлагаются алгоритмы, реализующие предложенную идею при решении задачи распознавания изображений.
Бесплатно
Собственные волны планарного кирального волновода
Статья научная
Найдены явные выражения для плоских волн в киральных средах. Показано, что в киральной среде между волнами TE- и TM-типа происходит обмен энергией в процессе распространения, а также при отражении от границ киральной среды с диэлектриками. Между волнами правой и левой круговой поляризаций также происходит взаимодействие в киральной среде. Показано, что волны, распространяющиеся в киральной среде без взаимодействия, следует искать, выбрав соответствующие базисные поляризации. С помощью преобразования координат получен базис из двух волн эллиптической поляризации. Эти волны в планарном киральном волноводе являются независимыми. Получены матрицы отражения для базисных волн на границе «киральная среда-диэлектрик». Выполнен расчёт дисперсионных кривых для собственных независимых волн эллиптической поляризации кирального планарного волновода.
Бесплатно
Статья научная
В статье сравниваются два алгоритма малоракурсной томографии: итерационный алгоритм минимизации функционала Поттса и алгебраический алгоритм реконструкции с TV-регуляризацией и адаптивной сегментацией. Оба алгоритма ориентированы на восстановление кусочно-постоянных структур, используют теорию опознавания со сжатием и совмещают процедуры реконструкции и сегментации изображений. На уровне численного эксперимента показано, что каждый из алгоритмов способен точно восстанавливать фантом Шеппа-Логана всего по 7 ракурсам. Когда же речь идет о восстановлении объекта, имеющего сложную высокочастотную структуру (QR-кода), минимальное число ракурсов, необходимое для точной реконструкции, возрастает до 17-21 в случае алгоритма реконструкции с TV-регуляризацией и адаптивной сегментацией и до 32-34 в случае итерационного алгоритма минимизации функционала Поттса. Показано, что разработанный авторами статьи алгоритм реконструкции с TV-регуляризацией и адаптивной сегментацией имеет некоторое преимущество над итерационным алгоритмом минимизации функционала Поттса по таким критериям, как точность и скорость реконструкции, а также устойчивость к шуму проекционных данных. Отмечено, что алгоритм реконструкции с TV-регуляризацией и адаптивной сегментацией имеет хороший потенциал для дальнейшего совершенствования.
Бесплатно
