Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
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
Алгоритм поблочного встраивания стойких ЦВЗ в крупноформатные изображения
Статья научная
В статье предложен новый алгоритм встраивания цифровых водяных знаков (ЦВЗ) в цифровые изображения, обеспечивающий устойчивость ЦВЗ к широкому набору преобразований изображения-контейнера и обладающий рядом преимуществ по сравнению с существующими алгоритмами встраивания стойких ЦВЗ.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена проблеме организации совместной обработки пространственных данных в виде цифровых карт и космических снимков в составе программного комплекса органов исполнительной власти для поддержки принятия решений в противопаводковый период. Авторами проведен анализ проблемы построения зон затоплений на основе использования космических снимков и геоинформационных технологий. В работе описан алгоритм построения зон фактического затопления местности при разливах рек на основе радиолокационных космических снимков и анализа характерных точек рельефа, позволяющий повысить точность привязки снимка при малом числе опорных точек. В рамках проведенного экспериментального исследования была показана эффективность применения данного алгоритма: точность совмещения водной поверхности реки, полученной с космического снимка и с цифровой топографической карты с применением предложенного авторами алгоритма, повысилась на 40 %.
Бесплатно
Алгоритм поэтапного уточнения проективного преобразования для совмещения изображений
Статья научная
Приведён алгоритм поэтапного построения проективного преобразования по наборам пар ключевых точек, содержащих произвольное число таких точек (более 4 пар точек). В процессе вычисления матрицы гомографии производится обнаружение и отбраковка неудачных пар точек. Приведены экспериментальные результаты совмещения изображений с помощью проективных преобразований как для однородных, так и для разнородных изображений. Предложены методы оценки качества совмещения изображений, обеспечивающие получение локальных и интегральных оценок качества совмещения.
Бесплатно
Алгоритм расчёта ДОЭ для формирования заданной конфигурации световых ловушек
Статья научная
Предложен алгоритм расчёта дифракционных оптических элементов (ДОЭ), формирующих вихревые пучки, с заранее заданным распределением минимумов и максимумов. Рассмотрено несколько модификаций этого алгоритма. Представлен расчёт некоторых конфигураций ловушек для захвата прозрачных и непрозрачных микрообъектов.
Бесплатно
Алгоритм реконструкции трёхмерной структуры кристалла по двумерным проекциям
Статья научная
В статье рассматривается задача трёхмерной реконструкции кристаллической решётки, являющаяся важным этапом рентген-структурного анализа вещества. От качества реконструкции напрямую зависит точность параметрической и структурной идентификации кристалла. Предлагаемый алгоритм реконструкции трёхмерной кристаллической решётки основан на минимизации расстояний от узла до прямой, спроецированной на заданную плоскость. В качестве исходных данных используются три набора двумерных координат узлов решётки, полученные по трём двумерным проекциям. Также произведено аналитическое вычисление ошибки реконструкции, позволяющее оценить точность проведённой реконструкции. Результаты, полученные в ходе вычислительного эксперимента, подтвердили высокое качество предложенного алгоритма реконструкции и его устойчивость к возможным искажениям исходных координат узлов. Кроме того, выявлена проблема разделимости моноклинных, ромбических и тетрагональных решёток, точность идентификации которых составила 34 %, 53 % и 10 % соответственно.
Бесплатно
Алгоритм сегментации аэрозольных неоднородностей
Статья научная
Разработан алгоритм сегментации аэрозольных неоднородностей атмосферы на поле относительных флуктуаций коэффициента обратного рассеяния, регистрируемого в координатах «Дальность - Время», на основе скользящего окна двумерной корреляционной функции. Полученный алгоритм позволяет надёжно выделять неоднородности, что может быть использовано в практических целях для исследования аэрозольного поля атмосферы и увеличения точности измерения скорости и направления ветра. Показано применение разработанного алгоритма для получения гистограммы распределения размеров аэрозольных неоднородностей из данных лидарного зондирования упругого рассеяния в приземном слое атмосферы на длине волны 355 нм.
Бесплатно
Алгоритм сегментации изображений, основанный на поиске сообществ на графах
Статья научная
В статье предложен алгоритм сегментации изображений, основанный на поиске сообществ на графах. Изображение представляется в виде неориентированного взвешенного графа, на котором осуществляется поиск сообществ. Каждому пикселю сопоставляется вершина графа. Ребрами соединяются только соседние пиксели. Вес ребер определяется разностью интенсивности трех цветовых составляющих пикселей. Для проверки качества разбиения графа на подграфы используется функция модульности Ньюмана. Предложен жадный алгоритм поиска сообществ на графе применительно к задаче сегментации изображения. Каждому сообществу соответствует сегмент на изображении. Проведен компьютерный эксперимент. Выявлено влияние параметра алгоритма на результаты сегментации. Показано, что предложенный алгоритм не чувствителен к импульсному случайному шуму.
Бесплатно
Статья научная
Исследованы методы формирования синтезированного изображения с увеличенной глубиной резкости из последовательности кадров, оперативно полученных при фокусировке на различную дальность с применением жидкостной оптики. Разработан алгоритм, основанный на построении картосхемы дальностей путем анализа пирамиды контраста и взвешенном попиксельном суммировании исходных изображений с коэффициентами, пропорциональными числу отчетов соответствующей дальности в каждой локальной окрестности.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается проблема автоматического совмещения пространственных объектов на разномасштабных картах одной и той же местности. Для решения поставленной задачи предлагается использовать методы топологического анализа данных. Исходными данными алгоритма являются пространственные объекты, которые могут быть получены с карт разных масштабов и подвержены искажениям. Персистентная гомология позволяет идентифицировать общую структуру таких объектов в виде топологических особенностей. Основными топологическими особенностями в исследовании являются компоненты связности и пустоты объектов. В работе приводится математическое описание метода персистентной гомологии для представления пространственных объектов. Приводится определение баркода для пространственных данных, который содержит описание объекта в виде топологических признаков. Разработан алгоритм сравнения баркодов пространственных данных, который позволяет найти общую структуру объектов. Алгоритм базируется на анализе данных из баркода...
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается алгоритм сопровождения людей в помещениях, который состоит из следующих основных этапов: обнаружение людей, формирование их признаков, установление соответствия между ними на кадрах, постобработка, индексация сопровождаемых объектов и определение их видимости на кадре. Для детектирования используется свёрточная нейронная сеть YOLO v3. Признаки людей формируются на основе гистограммы канала цветового тона пространства HSV и модифицированной СНС ResNet34. Предлагаемая структура свёрточной нейронной сети состоит из 29 свёрточных и одного полносвязного слоёв и формирует вектор из 128 значений признаков для входного изображения. Выполнено обучение данной модели свёрточной нейронной сети. Определены и представлены основные характеристики разработанного алгоритма, которые подтвердили его эффективность для видеонаблюдения внутри помещений. Эксперименты проведены по методике МОТ на тестовых видеопоследовательностях, снятых в помещениях неподвижной видеокамерой. При решении задач обнаружения и сопровождения предложенный алгоритм работает в режиме реального времени с использованием технологии CUDA и видеокарты NVIDIA GTX 1060.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается алгоритм стеганографического скрытия информации, основанный на внесении относительно низкочастотных малозаметных деформирующих искажений во фрагменты полноцветных изображений-контейнеров и использовании свойства корреляции цветовых каналов изображений для последующего извлечения скрытых данных. Приводятся результаты применения алгоритма в части оценки искажающих изменений контейнера и достоверности восстановления скрытых данных.
Бесплатно
Алгоритм траекторного сопровождения объектов пассивной системой позиционирования
Статья научная
Предлагается алгоритм обнаружения и оценивания траекторных параметров движущихся в пространстве малоразмерных объектов системой позиционирования нескольких совмещённых оптических и сканирующих тепловых приёмников. Алгоритм основан на последовательной пространственной и временной обработках наблюдений. При пространственной обработке решается система уравнений, представляющая достаточное условие сопряжения векторов направлений на предполагаемые объекты в стереопарах, и находятся оценки координат и скорости в одном периоде наблюдения. При временной - распределяются векторы возможных направлений по принадлежности тем или иным объектам в последовательности периодов наблюдения. Приводятся результаты моделирования, показывающие преимущество предложенного алгоритма в сравнении с альтернативным алгоритмом, отражающим существующий подход к обнаружению и сопровождению объектов.
Бесплатно
Алгоритм усреднения центроидов для построения кластерного ансамбля
Статья научная
В статье рассматривается коллективный подход к решению задачи кластерного анализа. Предложен алгоритм усреднения центроидов, позволяющий построить консенсусное разбиение выборки на кластеры, используя набор разбиений этой выборки любым центроидным алгоритмом. Приведены результаты применения алгоритма к модельным данным и для сегментации гиперспектральных изображений с шумовыми каналами. Рассмотрены некоторые детали реализации в многопоточном окружении, позволяющие увеличить производительность алгоритма.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен новый алгоритм генерации последовательностей-меток, используемых при встраивании стойких цифровых водяных знаков (ЦВЗ), показано соответствие разработанного алгоритма основным требованиям к последовательностям данного типа, в том числе требованиям вычислительной сложности и устойчивости к коллизиям. Также в ходе вычислительного эксперимента установлено, что разработанный алгоритм генерации последовательностей-меток позволяет достигать значительно большей, чем у существующих алгоритмов, устойчивости к атаке методом прямого перебора.
Бесплатно
