Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2382
Алгоритм выделения интенсивных аномальных изменений во временном ходе параметров ионосферы
Статья научная
В работе представлена модифицированная многокомпонентная модель временного ряда параметров ионосферы. Модель описывает регулярные вариации и аномальные изменения разномасштабной структуры, характеризующие возникновение ионосферных неоднородностей. Идентификация компонент модели основана на совместном применении вейвлет-преобразования и моделей авторегрессии проинтегрированного скользящего среднего. На основе предложенной модели разработан алгоритм анализа ионосферных параметров, позволяющий в оперативном режиме выделять интенсивные ионосферные аномалии, характеризующие возникновение сильных ионосферных бурь. Представлены результаты апробации алгоритма, выполненные на примере обработки и анализа часовых и 15-минутных данных критической частоты ионосферы (foF2) в периоды магнитных бурь, произошедших в 2015-2017 гг. Выполненные оценки показали эффективность алгоритма и возможность его применения в задачах прогноза космической погоды.
Бесплатно
Статья научная
Ряд задач обработки разновременных изображений дистанционного зондирования Земли одной и той же территории требует выявления на изображении объектов, не характерных для территории и представляющих собой случайные искажения в составе сцены. К таким искажениям можно отнести облака, тени и другие объекты или результаты воздействия природных явлений, которые перекрывают часть наблюдаемой сцены или существенно меняют регистрируемую яркость объектов в её составе. Случайный характер искажений проявляется в том, что их наличие, расположение, размеры и форма зависят от времени регистрации изображений, т.е. проявляются не на всех снимках из анализируемой серии. В настоящей статье предлагается алгоритм детектирования искажений в составе сцены по серии разновременных изображений дистанционного зондирования Земли. Алгоритм основан на суперпиксельной сегментации изображений и обнаружении аномалий в многомерных потоках данных. Результатом являются маски случайных искажений в составе сценах для каждого из изображений в серии, что позволяет впоследствии в методах комплексирования данных учитывать только релевантные для сценах участки каждого из изображений...
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены новые алгоритмы генерации, встраивания и извлечения стойкого цифрового водяного знака в гиперспектральные изображения дистанционного зондирования Земли. Предлагаемый алгоритм генерации ЦВЗ предполагает генерацию двумерного шумоподобного изображения (шаблона встраивания), кодирующего ЦВЗ, на основе пароля (секретного ключа) пользователя. Предложенные алгоритмы обладают рядом преимуществ по сравнению с существующими аналогами. В частности, предложенный алгоритм генерации шаблонов встраивания на основе пароля обеспечивает высокую устойчивость встроенного цифрового водяного знака к атакам прямого перебора ключа (сложность атаки подбора ключа составляет 10 14 попыток извлечения по сравнению с 10 4 - 10 5 попытками для существующих аналогов).
Бесплатно
Алгоритм генерации трехмерного макета лица по фотографии
Статья научная
В данной работе предложен метод построения трехмерного макета лица на основе одной входной фотографии. Алгоритм основывается на выделении контрольных точек и характерных особенностей на представленном изображении и переносе их на макет. Для получения характерных особенностей фотографии применяется специальное wavelet-преобразование, выделяющее наиболее информативные признаки. Полученный макет может быть использован в дальнейшем в задачах визуализации и распознавания образов.
Бесплатно
Алгоритм динамической сегментации пары последовательных кадров
Статья научная
Разработан алгоритм динамической сегментации пары кадров видео. Проведен сравнительный анализ качества сегментации для случаев поиска сдвигов и аффинных межкадровых преобразований для сегментов. Также произведено сравнение с некоторыми методами статической сегментации.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен метод заполнения отверстий при морфологической реконструкции бинарных изображений. Подход основан на комбинации методов контурного анализа и морфологической обработки изображений. Для оценки параметров отверстий на бинарном изображении формируется их аналитическое описание в виде контуров. Далее оцениваются параметры прослеженных контуров, а именно площадь или длина, на основании которых принимается решении о заливке области, ограниченной контуром отверстия.
Бесплатно
Статья научная
Для повышения эффективности классификации изображений парковочных мест предлагается алгоритм, который может быть использован в интеллектуальных системах видеомониторинга автостоянок. Признаки изображения парковочного места формируются на основе гистограмм ориентированных градиентов путем выполнения следующих шагов: вычисление горизонтальных и вертикальных градиентов для исходного изображения парковочного места, нахождение модуля вектора градиента и ориентаций, накопление мощностей градиентов в соответствии с ориентациями в ячейках, объединение ячеек в блоки, вычисление второй нормы ориентаций и нормализация ориентаций ячеек блока. Классификация дескрипторов парковочного места выполняется с использованием метода опорных векторов. В работе представлены результаты экспериментов по оценке наиболее эффективных параметров дескриптора парковочного места и типа функции ядра классификатора.
Бесплатно
Статья научная
Предложен экономичный алгоритм коррекции влияния поглощения света в атмосферных газах на коэффициент яркости солнечного света, отраженного системой атмосфера - земная поверхность. Алгоритм не требует предварительного задания оптических параметров аэрозоля, предположений о подстилающей поверхности и общем содержании газов. В алгоритме коррекция выполняется домножением коэффициента яркости на корректирующий множитель, полученный из анализа спектральной зависимости коэффициента яркости; алгоритм применим только к гиперспектральным данным. Приведены результаты тестирования алгоритма на модельных задачах.
Бесплатно
Алгоритм коррекции проективных искажений при маловысотной съёмке
Статья научная
Рассмотрен алгоритм коррекции геометрических искажений изображений при маловысотной съёмке с помощью виртуальной камеры. Алгоритм основан на ориентации виртуальной камеры таким образом, чтобы её оптическая ось была коллинеарна нормали к плоскости съёмки, и оценивании матрицы гомографии, связывающей координаты соответствующих пикселей реальной и виртуальной камер. Оценка матрицы гомографии возможна по информации от дополнительных сенсоров - датчика угловой ориентации и дальномера (высотомера), - по сигналам которых оцениваются угловая ориентация камеры и дальность до объекта съёмки. Исследовано влияние погрешности оценивания угловой ориентации камеры по сигналам трёхосного микроэлектромеханического акселерометра на качество коррекции по введённому критерию качества. Результаты эксперимента с откалиброванными видеокамерами Logitech C270 и uEye 5240 RE показали, что при погрешности оценки крена и тангажа камеры не более 1° алгоритм коррекции с виртуальной камерой обеспечивает величину показателя качества коррекции не менее 0,97.
Бесплатно
Алгоритм минимизации функционала, ассоциированного с задачей 3-SAT и его практические применения
Статья научная
Одной из наиболее интересных задач дискретной математики является задача поиска решающего набора в задаче ВЫПОЛНИМОСТЬ. После классической работы Кука [5] усилия многих исследователей были направлены на построение эвристических, переборных алгоритмов решения КНФ. Перспективным направлением представляется и сведение КНФ к непрерывному аналогу, к задаче поиска точек глобального минимума ассоциированного функционала. В данной работе обосновывается выбор функционала специального вида и предлагается применить к решению системы нелинейных алгебраических уравнений, определяющих стационарные точки функционала, модифицированный метод последовательных приближений. В работе также показано, что метод может быть с успехом применен к важным задачам криптографического анализа несимметричных шифров.
Бесплатно
Алгоритм многомерного гиперкомплексного ДПФ, реализуемый в кодах Гамильтона-Эйзенштейна
Статья научная
В работе синтезируется «совмещенный» алгоритм многомерного гиперкомплексного дискретного преобразования Фурье вещественного сигнала по основанию три с представлением данных в обобщенных кодах Гамильтона-Эйзенштейна. Получена сложность арифметических операций в коммутативно-ассоциативной гиперкомплексной алгебре и ее представлении в обобщенных кодах. Приводятся оценки вычислительной сложности синтезируемого алгоритма.
Бесплатно
Алгоритм на основе сэмплирования аэрозольных неоднородностей в задаче измерения скорости ветра
Статья научная
Разработан алгоритм на основе сэмплирования аэрозольных неоднородностей для обработки изображений в задаче лидарного измерения скорости ветра в атмосфере. Проверка разработанного алгоритма производилась с использованием синтезированных лидарных сигналов и на данных натурных измерений. Алгоритм обработки аэрозольных полей в координатах «дальность - время» позволяет существенно уменьшить погрешности лидарного времяпролётного метода измерения скорости ветра по сравнению с корреляционными методами измерения.
Бесплатно
Статья научная
Итерационные алгоритмы восстановления фазы из дифракционных распределений в терагерцовом (ТГц) диапазоне частот являются многообещающим подходом вычислительной визуализации, способным обеспечить высокое пространственное разрешение восстанавливаемых изображений. Одним из часто применяемых алгоритмов стал SBMIR (англ. Single Beam Multiple Intensity Reconstruction), где в качестве исходных данных используются множественные распределения интенсивности дифракционного объектного поля. По сравнению с одноплоскостными методами, многоплоскостной подход позволяет ускорить сходимость, однако требует времязатратной регистрации данных на различном удалении приемника от объекта. Ранее нами был предложен метод записи в режиме однократного сканирования, который позволяет быстро получить исчерпывающий набор дифракционных распределений ТГц-объектного поля. В настоящей работе представлена апробация одного из современных алгоритмов на основе SBMIR и техники стохастического распространения волнового фронта (R-SBMIR, от англ. randomly ordered propagations) на экспериментальных данных ТГц-диапазона, снятых при помощи метода однократного сканирования. В отличие от ряда классических алгоритмов, которые могут потребовать серии численных экспериментов для определения оптимальных распределений интенсивности из большого набора данных, неупорядоченное распространение оценочного волнового фронта гарантирует восстановление изображений с наилучшим контрастом и разрешением без предварительной настройки параметров. Показано, что комплексное внедрение техники однократного сканирования с последующей обработкой данных при помощи R-SBMIR имеет потенциал для автоматизации метода восстановления фазы в ТГц-диапазоне.
Бесплатно
Статья научная
В статье предлагается новый алгоритм обнаружения на изображениях дубликатов –совпадающих фрагментов изображения. Алгоритм использует представление анализируемого фрагмента изображения в виде значения специально подобранной хэш-функции. Собственно, хэш-функция строится с использованием эффективных линейных локальных признаков. Представлены результаты проведённых исследований разработанного нового алгоритма, сравнение с существующими, а также даны рекомендации по их применению.
Бесплатно
Статья научная
Встраивание дубликатов является одним из самых очевидных способов намеренного искажения цифровых изображений с целью сокрытия содержащейся в последних информации. Процесс встраивания заключается в копировании фрагмента изображения из одной области в другую область того же изображения. При этом копируемый фрагмент может быть подвержен различным преобразованиям: контрастированию, добавлению шума, масштабированию, повороту, а также различным их комбинациям. Существующие подходы к поиску искажённых областей основаны на вычислении векторов признаков в процессе разбиения изображения на пересекающиеся блоки и использовании этих векторов для поиска близких в евклидовом пространстве областей. В данной работе мы предлагаем использовать бинарные градиентные контура, которые являются устойчивыми к локальному контрастированию, аддитивному шуму и компрессии. В работе также представлены аргументация выбора этого способа для поиска искажённых дубликатов, а также результаты экспериментальных исследований различных вариантов реализации локальных бинарных шаблонов.
Бесплатно
Алгоритм обнаружения облачных объектов на многоспектральных снимках
Статья научная
Представлен многошаговый алгоритм обнаружения облачных объектов на многоспектральных снимках земной поверхности. На каждом шаге выполняется кластеризация пространственных пикселей многоспектрального снимка методом к-средних и к фрагментам полученных кластеров применяются спектральные критерии облачности / чистого неба. Эта процедура повторяется до тех пор, пока находятся «облачные» пиксели. «Облачные» пиксели, найденные на одном шаге, объединяются в один облачный объект. Представлены результаты тестирования этого алгоритма на снимках прибора HYPERION (199 ненулевых спектральных каналов в спектральном диапазоне 426 нм - 2400 нм) с высоким пространственным разрешением (30 м). Выбраны снимки с частичной облачностью над поверхностями пяти типов: океан, зеленая растительность, пустынная местность, городская застройка и снег. Выполнено сравнение результатов обработки этих снимков представленным алгоритмом и альтернативным алгоритмом, в котором те же спектральные критерии применяются независимо к каждому пространственному пикселю. Представлены средние для каждого облачного объекта спектры. Показано, что представленный алгоритм на каждом снимке находит от 1 до 3 облачных объектов, отвечающих распределению яркостей на соответствующих RGB-изображениях. Применение альтернативного алгоритма (без предварительной кластеризации) приводит к ошибкам обнаружения на краях облаков. Предложено три параметра для оценки качества получаемых облачных масок. Из них выбран наиболее информативный: отношение разброса спектров в «облачных» пикселях к разбросу спектров в «чистых» пикселях (отношение должно быть много меньше 1).
Бесплатно
Алгоритм определения групп крови по изображениям серологических планшетов
Статья научная
В работе рассматривается алгоритм для автоматизации системы медицинской экспресс-диагностики, предназначенной для определения группы крови путем анализа реакции агглютинации (склеивания эритроцитов). После забора крови и заполнения серологического планшета лаборанту достаточно разместить его в специальном сканере для последующего автоматического определения группы крови. Оцифровка данных и помощь лаборанту в распознавании планшетов позволяет решить сразу две критически важные задачи: хранение результатов анализа и контроль человеческого фактора. Предлагаемый алгоритм распознавания позволяет точно определить границы лунок и оценить степень агглютинации посредством легковесной свёрточной нейронной сети. Был собран уникальный набор данных с независимой оценкой степени агглютинации медицинскими экспертами. Наивысшая достигнутая точность оценки степени агглютинации на собранном наборе данных из 3231 изображения лунок оказалась сопоставима с оценкой среднего эксперта и составила 98,2 %.
Бесплатно
Алгоритм определения расположения и размеров объектов на основе анализа изображений объектов
Статья научная
В работе приводится алгоритм определения расстояния до объекта на основе анализа изображений, полученных при помощи оптических систем. С этой целью рассматриваются изменения значений чёрно-белой цветовой палитры по вертикальным и горизонтальным составляющим, приводится алгоритм сегментации этих кривых и определения коэффициентов размытостей границ объектов изображения. Предлагаемый алгоритм рассматривается на примере одно- и двухлинзовых оптических систем. Рассматривается также возможность определения размеров и смещения объектов относительно оптической оси системы по результатам анализа изображений объектов.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена решению задачи построения прогноза времени прибытия общественных транспортных средств на остановки общественного транспорта. Предложен оригинальный алгоритм прогнозирования, основанный на модели адаптивной композиции элементарных алгоритмов прогнозирования, каждый из которых характеризуется малым числом настраиваемых параметров. Адаптивность подразумевает зависимость параметров конструируемой композиции от ряда управляющих параметров модели, к которым относятся следующие актуальные (определённые на текущий момент) факторы: погодные условия, плотность транспортного потока, динамика движения, горизонт прогноза и др. Адаптивность достигается введением иерархического разбиения области значений управляющих параметров, применяемого в дереве регрессии. Проведено исследование предложенного алгоритма на данных движения городского пассажирского транспорта в г. Самаре, показавшее преимущество предлагаемого решения по сравнению с существующими.
Бесплатно
Статья научная
В статье предлагается и исследуется алгоритм оценки коэффициентов линейной спектральной смеси, определяющей модель формирования отсчётов гиперспектральных изображений с использованием набора спектральных сигнатур. Набор спектральных сигнатур предполагается заданным, а на коэффициенты смеси накладываются ограничения: сумма коэффициентов полагается равной единице, каждый из коэффициентов должен быть неотрицательным. Дан обзор существующих методов и подходов к решению рассматриваемой задачи. Представлены результаты исследований, характеризующие качество и скорость работы предлагаемого алгоритма.
Бесплатно
