Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2609
Статья научная
В работе представлен анализ различных подходов к построению описаний полей градиентов цифровых изображений. Анализируемые подходы основаны на известных методах снижения размерности данных, таких как методы главных и независимых компонент, метод дискриминантного анализа. Мы применяем указанные методы не к исходному изображению, представленному в виде двумерного поля яркости (полутоновому изображению), а к его вторичному представлению в виде двумерного поля градиента - комплекснозначному изображению. При этом рассматриваются случаи использования как поля градиента целиком, так и только его фазовой части. Дополнительно рассматриваются два независимых способа формирования окончательного описания искомого объекта: в виде коэффициентов разложения поля градиента по сформированному базису и с использованием оригинальной авторской конструкции модельно-ориентированных дескрипторов. Последние позволяют в два раза снизить число вещественных коэффициентов, используемых при описании искомого объекта. В качестве конкретной прикладной задачи, на которой проводятся исследования, выступает проблема распознавания лиц. Эффективность анализируемых подходов демонстрируется путём сравнения результатов их применения к изображениям из базы данных “Extended Yale Face Database B”. Алгоритмом классификации выступает метод ближайшего соседа.
Бесплатно
Сравнение алгоритмов управляемой поэлементной классификации гиперспектральных изображений
Статья научная
Настоящая работа посвящена решению задачи выбора наилучшего алгоритма классификации гиперспектральных изображений (ГСИ). В сравнении участвуют следующие алгоритмы: дерево решений с использованием функционала скользящего контроля, дерево решений C4.5 (C5.0), байесовский классификатор, метод максимального правдоподобия, классификатор, минимизирующий СКО решения, включая частный случай - классификацию по сопряжённости, классификатор по спектральному углу (для эмпирического среднего и ближайшего соседа), а также метод опорных векторов (SVM). В работе приведены результаты исследований этих алгоритмов на гиперспектральных снимках, полученных со спутника AVIRIS и в рамках проекта SpecTIR.
Бесплатно
Сравнение аналитического и полученного конечно-разностным методом решений для круглого волокна
Статья научная
В настоящей работе рассматривается конечно-разностный метод расчета констант распространения и полей векторных мод круглых оптических волокон со ступенчатым профилем показателя преломления. Производится оценка точности полученного таким образом решения волнового уравнения с соответствующим аналитическим решением, которое является известным для данного типа волокон.
Бесплатно
Сравнение архитектур нейронных сетей для подавления мультипликативного шума на изображениях
Статья научная
В статье сравниваются различные методы фильтрации шумов на изображении с помощью нейронных сетей, при этом обрабатываемые изображения могут содержать как однородные области, так и малоразмерные объекты, и резкие границы. Используются сверточные и полносвязные нейронные сети. Показано, что различные архитектуры НС требуют существенно разного количества обучающего материала для достижения одинакового качества фильтрации. Приведены примеры сетей с пониженными требованиями к количеству обучающего материала.
Бесплатно
Сравнение бинарных дескрипторов особых точек изображений в условиях искажений
Статья научная
Статья посвящена обзору и анализу бинарных дескрипторов особых точек объектов на цифровых изображениях в условиях искажений. Приводится обзор методов BRIEF, ORB, BRISK, FREAK, AKAZE, LATCH. Выполнена оценка свойств дескрипторов на типовых наборах изображений. В работе затрагиваются проблемы использования данных методов для обработки изображений в режиме реального времени.
Бесплатно
Статья научная
С помощью матриц и векторов Джонса показано, что оптический элемент с метаповерхностью, анизотропное пропускание которого описывается матрицей поворота поляризации на угол m φ, φ - полярный угол, при освещении светом с линейной поляризацией формирует азимутальную или радиальную поляризацию порядка m . При освещении светом с круговой поляризацией такой элемент формирует оптический вихрь с топологическим зарядом m . Этот поляризационно-фазовый конвертор (ПФК) выполняет спин-орбитальное преобразование, аналогичное тому, которое выполняют жидкокристаллические q -пластинки. Численно FDTD-методом показано, что при освещении ПФК с m = 2 светом с линейной или круговой поляризацией и последующей острой фокусировкой с помощью бинарной зонной пластинки вблизи фокуса на оптической оси формируется обратный поток световой энергии, сравнимый по величине с прямым потоком. Причем обратный поток при фокусировке оптического вихря с топологическим зарядом 2 и с круговой поляризацией равен обратному потоку при фокусировке света с поляризационной сингулярностью 2-го порядка.
Бесплатно
Статья научная
Проведён сравнительный анализ возможностей метода гистограмм и метода последовательности ранжированных амплитуд при статистической параметризации работы однофотонного лавинного фотодетектора. Показано, что метод последовательности ранжированных амплитуд содержит в себе всю информацию, которую можно получить с помощью метода гистограмм, а также позволяет дать быстрое достоверное описание темновых отсчётов прибора для короткой (по сравнению с гистограммами) выборки из ~103 точек. Обнаруженные преимущества открывают перспективы внедрения метода последовательности ранжированных амплитуд в программное обеспечение высокочувствительных фотодетекторов.
Бесплатно
Сравнение двух подходов к построению наборов линейных локальных признаков цифровых сигналов
Статья научная
В работе производится сравнение двух подходов к построению наборов линейных локальных признаков (ЛЛП) цифровых сигналов. Первый из анализируемых подходов основан на формировании набора ЛЛП из отдельно конструируемых эффективных ЛЛП, каждый из которых имеет свой алгоритм вычисления признака. Второй подход предполагает построение эффективного набора ЛЛП, имеющего единый алгоритм совместного вычисления всех признаков. Сравнение как аналитическое, так и экспериментальное производится по нескольким показателям, отражающим вычислительные и качественные свойства конструируемых ЛЛП. Также производится экспериментальное сравнение двух сопоставляемых подходов с известными решениями.
Бесплатно
Статья научная
На примерах таких фотонно-кристаллических интерференционных оптических элементов, как изгибы волноведущих структур, узел пересечения трех волноводов, узел ввода излучения, Y-образный логический элемент «НЕ» и логический элемент «НЕ» на кристалле с самоколлимацией, рассматриваются два подхода к расчету элементов интегральной оптики: методы безградиентной оптимизации (методы оптимизации нулевого порядка) и генетический алгоритм. Оба подхода используют решение прямой задачи дифракции FDTD-методом. Делаются выводы о возможности применения данных подходов к расчету фотонно-кристаллических оптических элементов: сравнение рассчитанных результатов по критерию эффективности демонстрирует преимущество авторского модифицированного генетического алгоритма по сравнению с методами покоординатного спуска и Хука–Дживса для элементов, в которых излучение распространяется не по прямолинейному пути, а для элементов, проводящих излучение по прямому волноводу, методы оптимизации нулевого порядка дают такую же эффективность, как и генетическая оптимизация (более 99 %), при этом вычислительная сложность данных методов ниже. Особое внимание уделяется рассмотрению метода «частичного перебора». На примере изгиба фотонно-кристаллического волновода на 120° показано, что рассчитанный данным методом элемент характеризуется передачей излучения практически без потерь, при этом вычислительная сложность расчета в 2 раза меньше, чем у генетического алгоритма.
Бесплатно
Сравнение дискретного косинус и вейвлет-преобразований в системах сжатия raw-изображений
Статья научная
В статье приводится описание особенностей цифровой обработки сигналов изображения в процессе кодирования на основе дискретного косинус- и вейвлет-преобразований, используемых в стандартах сжатия JPEG и JPEG2000. Для сравнения дискретного косинус-преобразования и дискретного вейвлет-преобразования разработана цифровая модель системы, в которой реализованы одинаковые этапы обработки сигналов, кроме этапов самих дискретных преобразований. Предложена методика анализа эффективности преобразований по объективным оценкам качества изображений в зависимости от коэффициента сжатия. К особенностям относится то, что, в отличие от популярных метрик PSNR и SSIM, для оценки качества предложено использовать коэффициент четкости изображения, вычисление которого связано с контрастной чувствительностью зрения. В результате исследований получены количественные оценки эффективности сжатия при заданных параметрах качества в зависимости от типа преобразования и детальности RAW-изображений. Предложены рекомендации по использованию результатов исследований в системах кодирования и передачи изображений с высокой четкостью.
Бесплатно
Сравнение изображений на основе их диффеоморфного преобразования
Статья научная
Рассмотрена задача сравнения двух диффеоморфных изображений - начального изображения диффеоморфизма и конечного изображения диффеоморфизма, которые задаются множеством точек. Задача решается на основе метода построения минимизируемого функционала, характеризующего эволюцию диффеоморфного преобразования изображения от начального до конечного, и штрафа за отклонение траектории изображения от требуемой траектории. Разработан итерационный алгоритм решения уравнения диффеоморфного преобразования на основе итеративного метода решения уравнений. Рассмотрена задача сравнения двух изображений с использованием построения функционала при оптимальном метаморфозисе изображений.
Бесплатно
Сравнение изображений по форме с использованием диффузной морфологии и диффузной корреляции
Статья научная
Сравнение изображения с формой другого изображения или сравнение форм двух изображений позволяет сравнивать фрагменты изображений одной сцены, полученных в различных условиях освещённости, погодных условиях или в различных спектральных диапазонах. Наиболее популярным методом сравнения форм изображений является подход, основанный на использовании взаимной информации. Другой известный подход к сравнению изображения с формой другого изображения предложен в морфологии Пытьева. В данной статье предлагаются новый метод сравнения изображений по форме на основе диффузных операторов и диффузной корреляции, а также соответствующий обобщённый формализм диффузной морфологии. Описана быстрая реализация алгоритма диффузной фильтрации. Проведено экспериментальное сравнение разработанного метода диффузной корреляции с другими методами сравнения по форме применительно к задаче взаимной привязки ТВ- и ИК-изображений.
Бесплатно
Статья научная
На примере классической задачи дифракции плоской электромагнитной волны на прямоугольном отверстии рассмотрены особенности вычисления интеграла Гюйгенса-Френеля в дальней зоне стандартными квадратурными методами численного интегрирования и специализированным методом коллокаций Левина. Для квадратурных методов численного интегрирования получен критерий оценки шага интегрирования в зависимости от размеров области наблюдения на экране и требуемой точности вычислений. Показаны преимущества использования специализированного метода коллокаций Левина над стандартными методами численного интегрирования.
Бесплатно
Статья научная
Проведён сравнительный анализ производительности и потребления памяти двух систем потоковой обработки данных: Apache Storm и IBM InfoSphere Streams в задаче обработки наборов изображений скользящим окном. Тестирование производилось на виртуальных машинах под управлением операционной системы CentOS. Выполнена оптимизация обеих систем потоковой обработки по потреблению памяти. Сделаны выводы об областях применимости рассмотренных систем.
Бесплатно
Сравнение свойств гипергеометрических мод и мод Бесселя
Статья научная
Выполнено численное моделирование распространения гипергеометрических и бесселевых мод, а также их ограниченных апертурой аналогов. Проведено сравнительное исследование этих четырех типов лазерных пучков.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача сравнения статистических оценок свойств различных мозаичных фильтров. Показано, что в морфологии Пытьева мера сложности формы непосредственно связана с мерой простоты, основанной на морфологической корреляции с простейшей формой. На основе среднеквадратичного морфологического коэффициента корреляции веден нормированный морфологический показатель степени упрощения. Для данного показателя подтверждено, что чем проще мозаичная форма, тем сильнее сглаживает соответствующий пытьевский проектор. На примере усредняющего и медианного мозаичных фильтров рассмотрена задача сравнения различных мозаичных операторов по средней степени упрощения. Введено понятие операторов, упрощающих (неусложняющих) в статистическом смысле. Рассмотрена морфологическая корреляция мозаичной формы и диффузного мозаичного оператора. Доказано, что степень упрощения морфологического показателя степени упрощения для нечетких операторов не связана с оценкой сложности для соответствующих ядер. Таким образом, выявлена качественная разница в связи между реляционными и операторными моделями для диффузных и проективных мозаичных линейных фильтров. Рассмотрена задача сравнения статистических оценок свойств различных мозаичных фильтров. Показано, что в морфологии Пытьева мера сложности формы непосредственно связана с мерой простоты, основанной на морфологической корреляции с простейшей формой. На основе среднеквадратичного морфологического коэффициента корреляции веден нормированный морфологический показатель степени упрощения. Для данного показателя подтверждено, что чем проще мозаичная форма, тем сильнее сглаживает соответствующий пытьевский проектор. На примере усредняющего и медианного мозаичных фильтров рассмотрена задача сравнения различных мозаичных операторов по средней степени упрощения. Введено понятие операторов, упрощающих (неусложняющих) в статистическом смысле. Рассмотрена морфологическая корреляция мозаичной формы и диффузного мозаичного оператора. Доказано, что степень упрощения морфологического показателя степени упрощения для нечетких операторов не связана с оценкой сложности для соответствующих ядер. Таким образом, выявлена качественная разница в связи между реляционными и операторными моделями для диффузных и проективных мозаичных линейных фильтров.
Бесплатно
Сравнение устойчивости вихревых пучков Лагерра-Гаусса к случайным флуктуациям оптической среды
Статья научная
Численно и экспериментально исследовано распространение вихревых пучков Лагерра-Гаусса через случайную фазовую искажающую среду. Проанализировано влияние порядка моды на степень сохранения вихрей различных порядков в случайной среде. Экспериментально показано повышение устойчивости обнаружения вихря в пучке при небольшой дефокусировке выходного Фурье-каскада оптического коррелятора.
Бесплатно
Сравнение фокусировки коротких импульсов в приближении Дебая
Статья научная
Рассмотрены различные типы импульсов и свойства их частотных спектров. Расчёты показали, что существенное различие между импульсами начинается только при очень малых длительностях (менее периода осцилляции). В этом случае импульс Гаусса становится нефизичным и нужно использовать другие типы импульсов, например, импульс Пуассона. Выполнено сравнительное моделирование фокусировки коротких импульсов апланатическим объективом при различных состояниях поляризации и порядках вихревой сингулярности в приближении Дебая. Показано, что для субцикличного импульса Пуассона, имеющего значительную энергию в высоких частотах, состояние поляризации и наличие вихревой фазовой сингулярности существенно влияет на распределение в фокальной области.
Бесплатно
Статья научная
С помощью моделирования методом конечных разностей во временной области показано, что при острой фокусировке Гауссова пучка с линейной поляризацией и с внедренным оптическим вихрем зонной пластинкой Френеля и при фокусировке Гауссова пучка спиральной зонной пластинкой формируются фокусные пятна разной формы и по интенсивности, и по потоку энергии. Наиболее существенные различия наблюдаются при значении топологического заряда, равного трем. При фокусировке зонной пластинкой Френеля Гауссова пучка поток энергии имеет кольцевое распределение, в то время как при фокусировке спиральной зонной пластинкой форма интенсивности и потока энергии имеет три локальных максимума, что соответствует порядку спиральной зонной пластинки. На расстоянии 14,5 мкм от фокуса лепестковая структура интенсивности (и потока энергии) сменяется на кольцевое распределение.
Бесплатно
