Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2572
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 управления полетом БПЛА вдоль железной дороги с помощью технического зрения
Статья научная
В работе предложен алгоритм управления автономным полётом беспилотного летательного аппарата (БПЛА) вдоль железной дороги без участия оператора и без использования спутниковых навигационных систем, таких как GPS и ГЛОНАСС. Алгоритм создавался с целью дистанционной инспекции технического состояния железнодорожного полотна без вмешательства в движение поездов. Отсутствие оператора и спутниковых навигационных систем позволяет проводить инспекцию путей на больших расстояниях, не ограниченных дальностью действия связи с БПЛА, и в условиях внешних электромагнитных помех. Алгоритм основывается на использовании компьютерного зрения: определении местоположения рельсов на видеоизображении и выработке управляющих сигналов для управления тангажём, рысканием и креном БПЛА таким образом, чтобы удерживать изображение рельсов в середине видеокадра. Экспериментальные полёты БПЛА показали, что алгоритм надёжно определяет положение рельсов и удерживает полёт БПЛА вдоль железной дороги.
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
Алгоритм юстировки составных зеркал
Статья научная
Предложен алгоритм юстировки составных зеркал телескопов. На основе введённого понятия разностной поверхности и компараторного принципа получены соотношения для оценки точности юстировки составных зеркал как реализация этапов геометрического и оптотехнического позиционирования зеркальных сегментов.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены результаты разработки модуля экспертной системы диагностики заболеваний, основанной на методе нейросетевого анализа. Установлено, что максимальной эффективностью по обработке снимков аппаратов магнитно-резонансной томографии обладают свёрточные нейронные сети. При этом сформирован алгоритм по выбору оптимальной структуры нейронной сети в формате поставленной задачи. Итогом проделанной работы стала сформированная свёрточная нейронная сеть, способная с высокой долей вероятности обнаруживать очаги патологических изменений тканей на снимках магнитно-резонансного томографа. Апробация метода осуществлялась на отдельно взятом органе человека - лёгких. Система в тестовом режиме внедрена в одну из крупнейших клиник города.
Бесплатно
Алгоритмы автоматической кластеризации изображений микрочастиц
Статья научная
Обсуждается проблема классификации изображения микрочастиц в применении к анализу препаратов крови. Предлагается набор инвариантных к геометрическим искажениям признаков изображения частиц, эффективных для построения алгоритмов классификации. Решается задача построения самоорганизующихся алгоритмов кластеризации. Приводятся экспериментальные результаты кластеризации тестовых и натурных изображений лейкоцитов крови.
Бесплатно
Статья научная
В статье предлагаются два алгоритма анализа линейной спектральной смеси на гиперспектральных изображениях с использованием картографической основы. Картографическая основа используется для уточнения коэффициентов спектрального разложения на границах объектов (для первого алгоритма) или формирования сигнатур малых объектов (для второго алгоритма), в составе которых нет ни одного целого спектрального отсчёта. Набор используемых спектральных сигнатур может быть как задан заранее (с неопределёнными коэффициентами), так и неизвестен и извлечён в процессе работы алгоритмов.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся описание методики обработки голографических интерферограмм, полученных методом усреднения во времени, для вычисления поля векторов вибросмещения (амплитуд колебаний) точек объекта. Описаны алгоритмы выделения центров полос, скелетизации, интерполяции, геометрической привязки к координатам, связанным с исследуемым объектом. Описаны системы обработки голографических интерферограмм на базе ЭВМ СМ-1420 в операционной системе ОС РВ и персональных ЭВМ типа IBM PC, оснащенных специализированным устройством ввода-вывода изображений.
Бесплатно
Алгоритмы встраивания информации на основе QIM, стойкие к статистической атаке
Статья научная
В работе предлагаются два новых алгоритма встраивания информации в мультимедиа, относящиеся к семейству алгоритмов на основе управляемого переквантования (Quantization Index Modulation, QIM). Предлагаемые алгоритмы спроектированы таким образом, чтобы обеспечить стойкость к статистической атаке, эффективной для других алгоритмов данного семейства и позволяющей восстановить секретный ключ встраивания, используя корреляционные связи между битами ключа и отсчётами носителя встроенной информации. В предлагаемых алгоритмах стойкость к данной атаке обеспечивается за счёт использования корреляционно-стойких функций встраивания информации, которые гарантируют статистическую независимость модифицируемых компонент контейнера и битов ключа. Будучи описанными на примере полутоновых изображений, новые алгоритмы могут использоваться для модификации любых мультимедийных данных в пространственно-временной и спектральной области. Результаты экспериментальных исследований подтвердили требуемую стойкость к статистической атаке и показали, что предложенные алгоритмы не вносят дополнительных искажений по сравнению с базовыми алгоритмами. Однако также эксперименты показали, что новые алгоритмы характеризуются несколько сниженной робастностью к аддитивному зашумлению и JPEG-сжатию.
Бесплатно
Алгоритмы выделения и совмещения устойчивых отражателей на спутниковых снимках
Статья научная
Для решения задачи выделения малых (со скоростями до единиц сантиметров в год и менее) движений земной поверхности с помощью методов SAR-интерферометрии необходимо выделить некоторое множество участков земной поверхности, которые остаются когерентными на радиолокационных снимках в течение длительного времени. Такие участки и соответствующие им точки на снимках называются устойчивыми отражателями. В данной работе рассмотрены два метода выделения устойчивых отражателей. Рассматриваемые методы сравниваются по количеству выделяемых точек и по их средней временной когерентности. Рассматриваемые алгоритмы проиллюстрированы на примере обработки набора из 35 радиолокационных снимков.
Бесплатно
Алгоритмы двумерного анализа главных компонент для задач распознавания изображений лиц
Статья научная
Представлены алгоритмы двумерного анализа главных компонент (Two-dimensional Principal Component Analysis - 2D PCA), ориентированные на обработку цифровых изображений больших размеров в условиях малой выборки. Алгоритмы основаны на прямом вычислении двух матриц ковариации по всем исходным изображениям без их преобразования в векторы. Результат анализа - нахождение главных компонент для строк и столбцов исходных изображений и построение соответствующих им матриц двумерной проекции. Обсуждаются два способа выполнения 2D PCA, соответствующие параллельной и каскадной формам его реализации. Оценены характеристики представленных алгоритмов.
Бесплатно
Алгоритмы двумерного гиперкомплексного дискретного преобразования Фурье
Статья научная
Рассматриваются способы параллельного вычисления многомерного гиперкомплексного дискретного преобразования Фурье. Основная идея заключается в использовании свойств гиперкомплексной алгебры, в которой выполняется данное преобразование. Дополнительные возможности для повышения эффективности алгоритма предоставляет естественный параллелизм многомерной схемы Кули-Тьюки.
Бесплатно
