Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2553
Статья научная
В статье представлены новые алгоритмы построения и хранения гистограмм многоканальных изображений на основе иерархических структур данных. Разработанные методы позволяют оперировать гистограммами многоканальных изображений с меньшими затратами памяти и большей скоростью, чем непосредственное построение гистограммы в виде таблицы всех возможных значений пикселей с их частотами. Даны теоретические и экспериментальные оценки объёмов памяти и времени построения гистограммы. Рассмотрено практическое применение предложенных алгоритмов для оценки с различной точностью многомерной плотности вероятностей многоканальных изображений дистанционного зондирования Земли.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются алгоритмы построения многокадрового сверхразрешения, позволяющие восстанавливать изображения с высоким разрешением за счет накопления последовательности изображений с низким разрешением в условиях аппликативных помех. Воздействие аппликативных помех проявляется в появлении локальных участков аномальных наблюдений на каждом изображении и также является фактором понижения разрешения. Решению данной задачи до настоящего времени уделялось недостаточно внимания, при этом перспективным подходом для обработки изображений, включая построение многокадрового сверхразрешения, является использование глубоких нейронных сетей. В работе рассмотрены существующие подходы к решению данной задачи и предложен новый подход, основанный на использовании нескольких свёрточных нейронных сетей. Особенностью рассматриваемого подхода и реализуемых на его основе алгоритмов является выполнение итеративной обработки входной последовательности изображений с низким разрешением с применением нейронных сетей на разных этапах обработки, включая регистрацию изображений низкого разрешения, сегментацию и выявление участков, пораженных аппликативными помехами, а также преобразования, направленные непосредственно на повышение разрешения. Данный подход позволяет комбинировать сильные стороны существующих аналогов и устранить их основные недостатки, связанные с необходимостью использования приближенных математических моделей данных, которые требуются для синтеза алгоритмов обработки изображений в рамках статистической теории решений. Для обновления текущей оценки изображения высокого разрешения предложена специальная свёрточная нейронная сеть, организованная в виде направленного ациклического графа. Проведены экспериментальные исследования, показавшие работоспособность предложенного алгоритма и его преимущество по точности восстановления изображения с высоким разрешением по сравнению с альтернативными вариантами решения задачи.
Бесплатно
Алгоритмы проверки соответствия космических снимков условиям съёмки
Статья научная
Настоящая работа посвящена решению задачи проверки данных дистанционного зондирования Земли, включающих цифровые оптические изображения и метаданные с параметрами съёмки, на их непротиворечивость. Решение задачи основано на анализе значений специальных числовых характеристик изображения, напрямую зависящих от параметров съёмки: положения Солнца, положения космического аппарата и ориентации устройства регистрации. В работе представлены две полностью автоматические вычислительные процедуры (алгоритмы) проведения такого анализа и принятия решения о взаимном соответствии или несоответствии данных.
Бесплатно
Алгоритмы распознавания рукописных символов на основе построения структурных моделей
Статья научная
Статья посвящена разработке алгоритмов распознавания рукописных символов на основе построения структурных моделей, существенным преимуществом которых является возможность работы в условиях малого количества эталонных изображений. В том числе был предложен подход к скелетизации бинарного представления изображения символа, основанный на совместном применении алгоритмов Зонга-Суня и Ву-Цая. Эффективность данного подхода к утоньшению бинарного представления символа была подтверждена результатами проведённых экспериментов. Работа содержит подробное описание всех стадий алгоритма построения структурных моделей и описание подходов к оценке степени их схожести. Приведены результаты апробации предложенных алгоритмов. Выполнено сравнение полученных результатов с результатами аналогов, способных функционировать в условиях малого количества эталонных изображений.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье рассматриваются некоторые аспекты практической реализации алгоритмов численного расчёта преобразований Френеля и Кирхгофа, а также моделирования распространения светового поля в свободном пространстве. Производится точное моделирование без использования быстрого преобразования Фурье (БПФ). Предлагается эффективный алгоритм решения этой задачи.
Бесплатно
Алгоритмы с «длинными» векторами решения сеточных уравнений явных разностных схем
Статья научная
Предложены два варианта алгоритмов с «длинными» векторами для решения сеточных уравнений явных разностных схем, позволяющих задействовать одновременно максимальное количество ядер CUDA даже для сеточной области небольшой размерности. На примерах разностного решения уравнений теплопроводности и Максвелла продемонстрирована эффективная реализация предложенного подхода. Произведено сравнение предложенных авторами алгоритмов, реализованных при помощи библиотеки CUBLAS, со свободно распространяемыми пакетами B-CALM и OpenCurrent.
Бесплатно
Алгоритмы формирования признакового пространства по критерию сопряженности векторов измерений
Статья
Бесплатно
Анализ аберраций роговицы человеческого глаза
Статья научная
В данной работе проведен анализ аберраций роговицы человеческого глаза на основе данных, полученных в глазной клинике Бранчевского осенью 2016 года. Анализ выполнен на основе представления аберраций в виде суперпозиции функций Цернике. В результате анализа выделены базисные функции Цернике, наиболее характерные для некоторых патологий глаза.
Бесплатно
Анализ аберраций третьего порядка линзы Френеля
Статья научная
В работе представлены выражения для аберраций третьего порядка поверхности Френеля (коэффициенты Зейделя). Формулы получены в виде, позволяющем выполнять анализ аберраций аналитически, на этапе компоновки и предварительного расчета системы из поверхностей как классических, так и Френеля. В дополнение к пяти основным монохроматическим аберрациям Зейделя классических поверхностей и линейной коме, выделяемой для поверхностей типа Френеля, в данной работе описана ещё одна аберрация, называемая квадратичным астигматизмом. Несмотря на то, что полученные выражения являются приближением для области аберраций третьего порядка, то есть аберрации высшего порядка игнорируются, они обеспечивают достаточную точность на практике, что также показано в работе. Полученные выражения можно применять для анализа аберраций в схемах, использующих линзу Френеля, что позволяет определить области рационального использования элементов такого типа.
Бесплатно
Статья научная
Точная и своевременная информация о текущем и прогнозном распределении транспортных потоков является важным фактором функционирования интеллектуальных транспортных систем. Использование этих данных позволит транспортным агентствам эффективнее решать задачу управления трафиком, участникам дорожного движения точнее планировать маршрут поездки и снизить время движения, и в целом повысит эффективность использования транспортной инфраструктуры. В данной статье представлена модель краткосрочного прогнозирования трафика, основанная на методе k ближайших соседей, которая учитывает пространственное и временное распределение транспортных потоков. Разработанная модель реализована с помощью фреймворка Apache Spark на основе модели распределённых вычислений MapReduce. Экспериментальные исследования представленной модели по данным о распределении транспортных потоков в транспортной сети города Самары позволяет сделать вывод, что предлагаемая модель обладает высокой точностью прогнозирования и временем работы, достаточным для прогнозирования в режиме реального времени.
Бесплатно
Анализ видеоданных беспилотного летательного аппарата на основе индекса структурного сходства
Статья научная
В статье предложена метрика для анализа видеоданных, зарегистрированных беспилотным летательным аппаратом, использующая для оценки индекс структурного сходства. Метрика заключается в сравнении кадров на предмет сходства яркости, контраста и структуры в пикселях и последующей оценке состояния кадра видео. Был проведен сравнительный анализ предложенной и современной метрики. Исследование включало моделирование на аналоговых и цифровых видео с разной частотой кадров. Результаты показали, что разработанная метрика успешно выявляет задержки, искажения кадров и динамические изменения в сцене видео. Предлагаемая метрика может найти широкое применение в прикладных областях использования беспилотных летательных аппаратов: строительстве, сельском хозяйстве, геологии и картографии.
Бесплатно
Анализ видеоизображений в реальном времени средствами языка Акторный Пролог
Статья научная
Разработаны метод и средства логического объектно-ориентированного программирования систем интеллектуального видеонаблюдения нового поколения, поддерживающих анализ поведения и взаимодействия людей, животных и технических объектов. В состав разработанных средств логического программирования входят: транслятор объектно-ориенти ро ван но го логического языка Акторный Пролог в Java, свободно распространяемая библиотека встроенных классов Акторного Пролога на Java, включающая процедуры низкоуровневого анализа видеоизображений и компьютерной графики, а также среда программирования на языке Акторный Пролог. Применение разработанного метода рассмотрено на примере решения задачи интеллектуального видеомониторинга аномального поведения людей. Объектно-ориентированные средства логического языка Акторный Пролог позволяют разбивать программу анализа видео на взаимодействующие параллельные процессы, реализующие различные этапы обработки видеоизображений и анализа сцен, а трансляция в язык Java обеспечивает надёжность, переносимость и открытость создаваемых программ интеллектуального видеонаблюдения.
Бесплатно
Статья научная
В работе показано, что введение пропускающих функций, соответствующих волновым аберрациям в виде функций Цернике, в высокоапертурных фокусирующих системах позволя-ет уменьшить поперечный размер фокального пятна ниже дифракционного предела. Причём для линейной поляризации, наиболее распространённой для современных лазеров, вдоль одного направления достигаются лучшие результаты, чем для радиальной поляризации, получение которой требует использования сложных или дорогостоящих устройств. Преодоление дифракционного предела происходит за счёт существенного уменьшения энергии в центральной части фокальной области. Однако существует возможность регистрации световых полей даже очень слабой интенсивности, что обеспечивает перспективность полученных результатов. Для линейной поляризации получено вытянутое фокальное пятно шириной по уровню полуспада интенсивности вдоль оси поляризации FWHM( ) = 0,24lambda, для радиальной поляризации получено круглое пятно диаметром по полуспаду интенсивности FWHM = 0,35lambda и для круговой поляризации FWHM = 0,35lambda. Для азимутальной поляризации наличие вихревой фазовой функции первого порядка позволяет получить в общей интенсивности круглое центральное световое пятно меньше дифракционного предела (FWHM = 0,46lambda) с низким уровнем интенсивности в боковых лепестках. Также рассмотрено уменьшение размеров не только светового пятна, но и теневой области, формируемой световым кольцом очень малого радиуса.
Бесплатно
Анализ возможностей ахроматизации оптических систем, состоящих из дифракционных элементов
Статья научная
Приведена методика получения функций распределения пространственной частоты структур дифракционных оптических элементов, обеспечивающих ахроматизацию фокусирующего объектива, состоящего из двух дифракционных элементов. В отличие от известных данная методика позволяет задавать величину минимального периода в структурах элементов и исследовать влияние этой величины на основные параметры объектива, что из-за технологических ограничений на минимальный период особенно важно в случае вакуумного ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Исследованы взаимозависимости основных параметров фокусирующего дифракционного объектива-ахромата в области мягкого рентгеновского излучения. Основные характеристики такого объектива сопоставлены с соответствующими характеристиками одиночной дифракционной линзы.
Бесплатно
Анализ динамики захвата клеток в оптической ловушке в приближении геометрической оптики
Статья научная
В данной работе рассмотрены силы, действующие в оптической ловушке на простейшую модель клетки - диэлектрическую микросферу, при её движении в потоке жидкости. Анализ динамики микросферы позволил выявить определяющие возможность захвата параметры: вязкость жидкости и мощность излучения.
Бесплатно
Анализ дифракции лазерного излучения на аксиконе с числовой апертурой выше предельной
Статья научная
В работе выполнен теоретический анализ дифракции плоской волны на аксиконе в зоне затухающих волн. Полученные аналитические оценки качественно согласуются с результатами численного моделирования в рамках скалярной непараксиальной волновой модели.
Бесплатно
Анализ дифракции плоского пучка на рассеивающем фраксиконе в непараксиальном режиме
Статья научная
В работе выполнен теоретический и численный анализ дифракции плоского пучка на рассеивающем фраксиконе в рамках непараксиальной скалярной модели. На основе интегрирования по частям интеграла Рэлея-Зоммерфельда первого типа и применения к нему модифицированного метода стационарной фазы получено удовлетворяющее граничным условиям выражение для комплексного распределения на оптической оси. Результаты, полученные численным интегрированием, показывают хорошее согласование с аналитическими оценками. На численных примерах показано, что рассеивающий фраксикон позволяет формировать протяжённый осевой световой отрезок диаметром порядка длины волны, более длинный и равномерный, чем обеспечивает линейный аксикон. Ключевые слова: рассеивающий фраксикон, непараксиальный режим, осевой световой отрезок, равномерное осевое распределение интенсивности.
Бесплатно
Статья научная
Разработан алгоритм решения интегрального уравнения Фредгольма 2-го рода с помощью метода конечных элементов. Задача решения интегрального уравнения сводится к решению линейной системы алгебраических уравнений методом Гаусса. Само интегральное уравнение вытекает из теоремы Грина для уравнения Гельмгольца и описывает дифракцию плоской волны ТЕ-поляризации на цилиндрическом прозрачном объекте с неоднородным показателем уравнения.
Бесплатно
