Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2382
Автоматизированный метод вычисления DST-индекса на основе вейвлет-модели вариаций геомагнитного поля
Статья научная
Предложен метод вычисления индекса геомагнитной активности Dst , основанный на вейвлет-модели вариаций геомагнитного поля. Метод позволяет в автоматическом режиме получать значения Dst -индекса с 1-минутным разрешением. Апробация метода выполнена на данных приэкваториальных станций [1]. В работе описан алгоритм выполнения расчетов и приведены результаты оценок. Выполнено сравнение результатов расчета с классическим подходом и с методом, используемым в Мировом центре данных Киото. Показано, что предлагаемый метод позволяет в оперативном режиме получать значения Dst -индекса с допустимой погрешностью.
Бесплатно
Статья научная
Данная статья посвящена применению свёрточных глубоких сетей доверия в качестве средства извлечения речевых признаков из аудиозаписей для решения задачи автоматической, текстонезависимой верификации диктора. В работе описаны область применения и проблемы систем автоматической верификации диктора. Рассмотрены типы современных систем верификации диктора, основные типы речевых признаков, используемых в системах верификации диктора. Описана структура свёрточных глубоких сетей доверия, алгоритм обучения данной сети. Предложено применение речевых признаков, извлекаемых из трёх слоёв обученной свёрточной глубокой сети доверия. Данный подход основан на применении методов анализа изображений как к уже выделенным признакам речевого сигнала, так и для их выделения из слоёв нейронной сети. Произведены экспериментальные исследования предложенных признаков на двух речевых корпусах: собственном речевом корпусе, включающем аудиозаписи 50 дикторов, и речевом корпусе TIMIT, включающем аудиозаписи 630 дикторов. Была произведена оценка точности предложенных признаков с применением классификаторов различного типа. Непосредственное применение данных признаков не дало увеличения точности по сравнению с использованием традиционных речевых признаков, таких как мел-кепстральные коэффициенты. Однако применение данных признаков в составе ансамбля классификаторов позволило достичь уменьшения равной ошибки 1-го и 2-го рода до 0,21 % на собственном речевом корпусе и до 0,23 % на речевом корпусе TIMIT.
Бесплатно
Автоматическая калибровка системы видеокамер и лидаров для автономных мобильных комплексов
Статья научная
Автономная навигация беспилотных автомобилей является в настоящее время одной из наиболее интересных научных и технических задач, и это тем более справедливо, если движение осуществляется на пересеченной местности. Как правило, подобные комплексы оснащаются различными сенсорами, работающими одновременно, а для сбора и анализа данных различной природы разрабатывается сложное программное обеспечение. Для совместного использования данных от множества камер и лидаров необходимо обеспечить их взаимную привязку в единой системе координат. Эта задача решается в процессе калибровки системы . Общая идея заключается в том, чтобы поместить в поле зрения сенсоров объект специального вида, характерные точки которого могут детектироваться автоматически с разных точек съемки всеми сенсорами. Тогда вариативная съемка объекта позволяет создать необходимое число связующих точек для взаимной привязки сенсоров. В данной работе представлена технология автоматической калибровки системы съемочных камер и лидаров при помощи оригинального калибровочного объекта. Приведены результаты экспериментов, подтверждающие достаточно высокую точность калибровки.
Бесплатно
Автоматическая сегментация изображений процесса интрацитоплазматической инъекции сперматозоида
Статья научная
Данная работа посвящена решению методами глубокого обучения задачи мультиклассовой семантической сегментации изображений процесса интрацитоплазматической инъекции сперматозоида. В качестве входных данных использованы видеопоследовательности, на которых изображена вышеназванная процедура интрацитоплазматической инъекции сперматозоида. Для обучения нейросети выполнена ручная разметка 656 кадров, в результате которой каждый пиксель изображения был отнесен к одному из 4 классов: микроинъектор, микропипетка, яйцеклетка, фон. Проведен анализ современных методов решения, и экспериментальным путем выбраны наилучшие архитектура, кодировщики и гиперпараметры нейронной сети: сверточная нейронная сеть FPN (feature pyramid network) с кодировщиком resnext101, имеющим глубину 101 слой с 32 параллельными разделяемыми свертками. Построенная нейросетевая модель позволила получить эффективность сегментации IOU = 0,96 при скорости работы алгоритма 15 кадров в секунду.
Бесплатно
Автоматический алгоритм классификации снимков QuickBird в задаче оценки полноты леса
Статья научная
На основе спутниковых данных сверхвысокого пространственного разрешения (QuickBird) разработана автоматическая технология оценки доли проективного покрытия кронами деревьев и расчёта полноты леса на примере Аман-Карагайского бора Северного Казахстана. Алгоритм обработки основан на пороговом выделении маски теней, с её последующим морфологическим фильтрованием. Построенная по критериям универсальной системы классификации земных покровов (Land Cover Classification System) карта полноты леса тестового участка имела точность 82,5 % относительно соответствующей карты на основе экспертного дешифрирования снимка сверхвысокого разрешения.
Бесплатно
Автоматический контроль и цифровая коррекция масштаба и взаимного поворота изображений стереопары
Статья научная
В статье описывается разработанный авторами метод автоматического контроля и коррекции рассогласования масштабов и взаимного поворота изображений стереопары с использованием цифровой обработки, алгоритм которого реализован в программной среде Matlab. Контроль указанных параметров основан на использовании детекторов точечных особенностей, статистической обработки данных и тригонометрических вычислений. Коррекция выполняется с использованием аффинных пространственных преобразований.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей работе описан разработанный метод автоматической субпиксельной географической привязки изображений, получаемых прибором КМСС-М с пространственным разрешением 60 метров, основанный на использовании восстановленного безоблачного и ежедневно актуализируемого эталонного изображения коэффициентов спектральной яркости низкого пространственного разрешения MODIS. Описываемый метод основан на максимизации значения корреляции Пирсона при поиске оптимального локального смещения участка корректируемого изображения путём сравнения с эталонным низкодетальным изображением. Для оценки эффективности метода при использовании на неоднородных территориях континентального охвата были проведены три эксперимента, позволяющие получить численные оценки ошибок привязки: эксперимент с использованием модельных наборов данных, эксперимент по оценке абсолютной ошибки привязки эталонных изображений MODIS и эксперимент по оценке ошибки привязки автоматически скорректированных данных КМСС-М. Экспериментальная оценка метода на основе модельных данных декаметрового разрешения Sentinel-2 (MSI) продемонстрировала его высокую устойчивость при работе в широком диапазоне физико-географических условий и сезона наблюдений. Средняя ошибка географической привязки эталона низкого пространственного разрешения MODIS, полученная во втором эксперименте для территории зернового пояса РФ за 2020 год наблюдений, оказалась менее 20 метров как в красном, так и в ближнем ИК-каналах. Результаты автоматической коррекции изображений КМСС-М на указанную территорию и год наблюдений, полученные в третьем эксперименте с помощью описанного метода, продемонстрировали в среднем субпиксельную точность привязки скорректированных изображений в красном и ближнем ИК-каналах, в то время как средняя абсолютная ошибка привязки исходных изображений КМСС-М составила 3 километра. Достигнутая в работе точность привязки скорректированных по данным низкого пространственного разрешения изображений КМСС-М обеспечивает возможность построения и анализа временных серий мультиспектральных измерений спектральной яркости земной поверхности для решения широкого спектра научных и практических задач дистанционного мониторинга растительного покрова. Технологическая гибкость разработанного метода обеспечивает его применимость к данным и других спутниковых систем для оптического дистанционного зондирования Земли.
Бесплатно
Автоматический способ оценки состояния геомагнитного поля
Статья научная
Представлен способ оценки состояния геомагнитного поля, основанный на совмещении вейвлет-преобразования с радиальными нейронными сетями. Способ включает декомпозицию регистрируемых вариаций геомагнитного поля на разномасштабные составляющие, оценку степени их возмущённости и формирование заключения о состоянии поля. Для апробации способа использовались геомагнитные данные станции «Паратунка» (с. Паратунка, Камчатский край, регистрацию данных выполняет ИКИР ДВО РАН). Выполнен анализ спектрально-временных характеристик вариаций геомагнитного поля в периоды умеренных и сильных магнитных бурь. Накануне бурь в геомагнитном поле зафиксированы слабые возмущения. Результаты исследования подтвердили эффективность предлагаемого способа.
Бесплатно
Автоматическое распознавание контуров зданий на картографических изображениях
Статья научная
В статье предлагается объектный подход, позволяющий автоматизировать векторизацию ортогональных площадных объектов на картографических изображениях с использованием распознавания на основе геометрических признаков. Полученные результаты позволяют в 2-3 раза снизить трудоемкость векторизации объектов типа зданий и сооружений.
Бесплатно
Автоматическое совмещение изображений оптической когерентной томографии и снимков глазного дна
Статья научная
Данная работа посвящена совмещению мультимодальных многомерных изображений: трехмерных данных оптической когерентной томографии и двумерных цветных изображений глазного дна. Регистрация этих двух модальностей может помочь корректировать положение полученных оптической когерентной томографией изображений на сетчатке. Некоторые существующие подходы совмещения глазного дна основаны на поиске ключевых точек, которые считаются инвариантными для аффинных преобразований и являются общими для двух изображений. Однако ошибки в определении таких точек могут привести к ошибкам регистрации. Также существуют методы итеративной настройки параметров преобразования, но они основаны на некоторых ручных настройках. В данной работе предложен метод, основанный на полном или частичном переборе возможных комбинаций преобразования изображения оптической когерентной томографии для поиска наилучшего приближения истинного преобразования. Наилучшее приближение определяется мерой сравнения пикселей предварительно обработанных изображений. Далее полученные преобразования сравниваются с имеющимися истинными преобразованиями для оценки качества алгоритма. Оценка преобразования с помощью алгоритма полного перебора показала лучшие результаты в сравнении с алгоритмом, основанным на поиске ключевых точек как минимум на порядок. Структура работы включает в себя предварительную обработку оптической когерентной томографии и изображений глазного дна с выделением кровеносных сосудов, случайный перебор или перебор по сетке возможных параметров преобразования (сдвиг, поворот и масштабирование), оценку качества алгоритма.
Бесплатно
Автомодуляция ТМ-мод в оптических волноводах
Статья научная
Показана возможность нелинейной автомодуляции компонент поляризации и сдвигов фаз между ними для волн, распространяющихся в ТМ-модах оптического волновода. Глубины модуляции и фазовые сдвиги отдельных компонент различны. Эффект усиливается при приближении к критической частоте волновода.
Бесплатно
Статья научная
Показано, что нелинейное уравнение Шредингера с некерровской нелинейностью имеет решение в виде локализованного импульса, движущегося с постоянной скоростью без дисперсионного уширения. Данное решение найдено прямым методом, основанном на теории гамильтоновых систем, и содержит в себе, как частный случай, известное решение кубичного нелинейного уравнения Шредингера.
Бесплатно
Статья научная
Для решения нелинейного уравнения Шрёдингера с нелинейностью типа кубик-квинтик применён прямой метод и получен явный вид решения в элементарных функциях в виде локализованного импульса, движущегося с постоянной скоростью без дисперсионного уширения. Данное решение содержит, как частный случай, известное решение с кубической нелинейностью.
Бесплатно
Статья научная
Найдено в квадратурах решение обобщённого нелинейного уравнения Шрёдингера с произвольной нелинейностью, характеризующейся некоторой функцией нелинейного отклика среды на внешнее гармоническое возмущение, зависящей от интенсивности волнового поля.
Бесплатно
Адаптивная интерполяция многомерных сигналов при дифференциальной компрессии
Статья научная
Исследуются алгоритмы интерполяции многомерных сигналов при дифференциальной компрессии. Предлагается подход к построению адаптивных интерполяторов, основанный на автоматическом выборе интерполирующей функции в каждой точке сигнала на основе признаков, вычисляемых по локальной окрестности. В рамках этого подхода предлагается адаптивный многомерный интерполятор, автоматически выбирающий в каждой точке сигнала интерполирующую функцию, обеспечивающую повышенную точность интерполяции для контуров. Для реализации этого выбора предлагается решающее правило, основанное на локальном признаке, характеризующем выраженность и направленность контура в каждой точке сигнала. Предложенный интерполятор реализован для трёхмерного случая, в котором переключение производится между шестью интерполирующими функциями: усредняющей функцией и функциями, учитывающими контуры пяти направлений. Производится экспериментальное исследование предложенного алгоритма на трёхмерных гиперспектральных данных дистанционного зондирования Земли. Экспериментально подтверждается, что использование предложенного интерполятора позволяет существенно повысить эффективность дифференциальной компрессии.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается адаптивный интерполятор многомерного сигнала, выбирающий интерполирующую функцию в каждой точке сигнала посредством решающего правила, оптимизированного в многомерном признаковом пространстве с помощью дерева решений. Поиск разделяющей границы при разбиении вершин дерева решений осуществляется посредством рекуррентной схемы, позволяющей, кроме поиска границы, производить также выбор наилучшей пары интерполирующих функций из заранее заданного набора функций произвольного вида. Приводятся результаты вычислительных экспериментов на реальных многомерных сигналах, подтверждающие эффективность адаптивного интерполятора.
Бесплатно
Статья научная
Представлена комбинированная адаптивная оптическая система, предназначенная для коррекции волнового фронта светового излучения, искаженного воздействием сильной атмосферной турбулентности. Система состоит из стабилизатора положения пучка в пространстве и быстрой адаптивной оптической системы, работающей в режиме реального времени. Стабилизация положения пучка в пространстве осуществляется с помощью двух электронно управляемых по наклонам зеркал. Контур управления включает в себя два разнесенных в пространстве квадрантных датчика и программируемую логическую интегральную схему, которая осуществляет замыкание контура обратной связи. Адаптивное зеркало на основе биморфного пьезоэлемента, управляемое с помощью другой программируемой логической интегральной схемы, на основе информации, получаемой с датчика Шака–Гартмана, позволяет компенсировать аберрации волнового фронта вплоть до 23 полинома Цернике в реальном масштабе времени. Испытания системы проводились в условиях лабораторной турбулентности, созданной с помощью тепловентилятора. Ширина полосы возмущающего воздействия искусственной турбулентности в экспериментах не превышала 100 Гц, что соответствует среднестатистическому состоянию реальной атмосферы. Представлены результаты коррекции волнового фронта, искаженного воздействием искусственной турбулентности. Показано, что при использовании только биморфного корректора амплитуда наклонов волнового фронта возрастает. Это представляет определенную проблему, поскольку значительная часть энергии турбулентности приходится на наклоны волнового фронта. Для ее решения предлагается дополнительно использовать систему стабилизации положения светового пучка в пространстве.
Бесплатно
Адаптивное управление миллиметровым и субмиллиметровым излучением
Статья научная
Рассматриваются модуляторы, поляризаторы, линзы и дефлекторы, предназначенные для управления излучением миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Принцип действия этих устройств основан на управлении температурой, частотой столкновений и концентрацией свободных носителей полупроводниковой плазмы. Подробно рассматриваются оптические характеристики и температурные режимы устройств управления излучением.
Бесплатно
