Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
Классификация изображений ДЗЗ с использованием алгоритма комплексирования данных различных сенсоров
Статья научная
Комплексирование данных дистанционного зондирования Земли предназначено для получения изображений более высокого качества, чем исходные изображения. Однако вопрос о влиянии комплексирования данных на дальнейшую тематическую обработку часто остаётся за рамками исследований, и методы комплексирования используются в большинстве своём для улучшения визуального представления данных. В настоящей статье рассматривается вопрос о влиянии комплексирования с повышением пространственного и спектрального разрешения данных на тематическую классификацию изображений с использованием различных классификаторов и методов извлечения признаков, популярных в задачах обработки данных дистанционного зондирования Земли. В качестве алгоритма комплексирования в работе используется авторский алгоритм, позволяющий выполнять комплексирование данных по множеству кадров из различных источников оптических систем дистанционного зондирования Земли, обладающих различным пространственным и спектральным разрешением. В качестве алгоритмов классификации рассматриваются метод опорных векторов и Random Forest, в качестве признаков - спектральные каналы, а также расширенные атрибутивные профили и локальные признаки атрибутивных профилей. Экспериментальное исследование было произведено с использованием модельных изображений четырёх изображающих систем. Результирующее изображение имело пространственное разрешение в 2, 3, 4 и 5 раз выше, чем для исходных изображений соответственно. В результате исследований было выявлено, что для метода опорных векторов не имеет смысла выполнять комплексирование, так как излишняя пространственная детализация на классификацию данным алгоритмом влияет отрицательно. Для алгоритма Random Forest, напротив, результаты классификации в 90 % случаев имели большую точность, чем для исходных изображений низкого разрешения. Например, для изображений с наименьшим отличием в пространственном разрешении (в 2 раза) от результата комплексирования точность классификации комплексированного изображения была в среднем на 4 % выше. Кроме того, результаты, полученные для алгоритма Random Forest с комплексированием, оказались лучше результатов для метода опорных векторов без комплексирования. Дополнительно было показано, что точность классификации комплексированного изображения методом Random Forest может быть повышена в среднем на 9 % за счёт использования расширенных атрибутивных профилей в качестве признаков. Таким образом, при использовании комплексирования данных лучше применять классификатор Random Forest, а использование комплексирования с методом опорных векторов нецелесообразно.
Бесплатно
Классификация изображений оперения для определения видовой принадлежности птиц
Статья научная
В работе исследуется возможность применения нейронных сетей для классификации изображений оперения с целью определения видовой принадлежности птиц. Таксономическая идентификация птиц по перу широко применяется в авиационной орнитологии для анализа столкновений с летательными аппаратами и разработки методов их предотвращения. В данной статье производится обучение на основе набора данных с фотографиями оперения птиц. Проводится сравнение классификаторов, обученных на четырех выборках из исходного набора данных. Предлагается метод идентификации птиц по изображениям с реальными данными на основе нейронных сетей YoloV4 и моделей группы DenseNet. Проведенная экспериментальная оценка показала, что предложенный метод позволяет определить видовую принадлежность птицы по фотографии отдельного пера с точностью до 81,03 % для точной классификации и с точностью 97,09 % для первых пяти предсказаний классификатора.
Бесплатно
Классификация космоснимков Sentinel-2 Байкальской природной территории
Статья научная
В работе рассматривается задача классификации мультиспектральных космоснимков Sentinel-2 при организации экологического мониторинга Байкальской природной территории. Специфика территории потребовала создания нового набора из 12 классов, который учитывает актуальные проблемы и сформирован таким образом, что площади, соответствующие этим классам, полностью покрывают исследуемую территорию. Обучающая выборка сформирована с помощью Web-интерфейса на основе космоснимков Sentinel-2 и полевых исследований. Классификация космоснимков проводилась с использованием алгоритмов RandomForest и нейронной сети ResNet50. Точность расчетов показала, что результаты классификации могут применяться для решения актуальных задач Байкальской природной территории, в частности, для анализа изменений лесного фонда, оценки влияния изменений климата на ландшафт, анализа динамики застройки, инвентаризации сельхозугодий и т.д.
Бесплатно
Классификация кристаллограмм с использованием методов статистического анализа текстурных изображений
Статья научная
Работа посвящена исследованию применимости статистических признаков текстурных изображений для классификации кристаллограмм. В качестве признаков текстурных изображений использовались моментные характеристики второго порядка, рассчитываемые на основе многомерного распределения функции яркости. Для классификации кристаллограмм использовался метод k-ближайших соседей. Экспериментальные исследования проводились на кристаллограммах слезной жидкости. Были выделены семь различных классов кристаллограмм и две группы: группа нормы и группа патологии. Проинтерпретирована зависимость качества классификации от набора признаков и типа изображении.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы классификации поверхностных эксплуатационных объемных и плоскостных дефектов по результатам комплексной диагностики ультразвуковым методом неразрушающего контроля с применением поверхностных волн Рэлея, генерируемых электромагнитно-акустическим преобразователем, и вихретокового метода. В работе представлены результаты отбора признаков с применением дисперсионного анализа (ANOVA) и алгоритма «экстра деревья» (Extra Trees Classifier), за счет чего выбран тип вихретокового преобразователя, оптимального для классификации поверхностных дефектов. Показана неоднозначность классификации поверхностных дефектов по амплитуде ультразвукового и вихретокового сигнала, а также фазе вихретокового сигнала по отдельности. Построены модели классификации поверхностных дефектов по типам объемный и плоскостной на основе статистических методов, таких как Байесовский вывод и теория Демпстера-Шафера. Оценена работоспособность построенных моделей классификации по таким метрикам, как коэффициент Жаккара и F1-мера.
Бесплатно
Классификация редких дорожных знаков
Статья научная
В работе исследуется возможность применения нейронных сетей для классификации объектов, которых мало или совсем нет в обучающей выборке, на примере задачи классификации редких дорожных знаков. Рассматриваются нейронные сети, обученные с использованием сравнительной функции потерь и её модификациями, а также методы генерации синтетических выборок для задач классификации. В качестве базового метода используется индексирование классов объектов при помощи нейросетевых признаков. Проводится сравнение классификаторов, обученных при помощи трёх видов синтетических выборок, а также их смесей с реальными данными. Предлагается метод классификации редких дорожных знаков, использующий нейросетевой дискриминатор редких и частых знаков. Проведённая экспериментальная оценка показала, что предложенный метод позволяет классифицировать редкие дорожные знаки без существенной потери качества на частых знаках.
Бесплатно
Статья
В статье рассматривается применение нейронных сетей для классификации рентгенографических изображений больных пневмонией и COVID-19. Для выбора наилучших параметров изменения размеров и адаптивного выравнивания гистограммы яркости изображений, а также оптимальной архитектуры нейронной сети и ее гиперпараметров использовались precision, recall и f1-score. Высокие значения этих метрик качества классификации (> 0,91) убедительно свидетельствуют о надежном разграничении рентгенографических изображений больных пневмонией от больных COVID-19. Это открывает возможность создания модели c хорошей предсказательной способностью без привлечения готовых сложных моделей и без предварительного обучения на сторонних данных. Полученные результаты дают хорошие перспективы разработки чувствительных и надежных экспресс-методов диагностики заболевания COVID-19.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматриваются все возможные тернарные квазиканонические системы счисления в мнимых квадратичных полях. Для представления целых алгебраических чисел мнимых квадратичных полей в указанных системах счисления используется алгоритм, основанный на делении с остатком. Кроме того, синтезируются алгоритмы реализации основных арифметических операций над числами в тернарных системах счисления кольца целых чисел Эйзенштейна. Рассматривается метод быстрого безошибочного вычисления дискретной циклической свёртки.
Бесплатно
Классификация цвета кожи человека на цветных изображениях
Статья научная
Разработаны количественные меры оценки влияния цветового пространства на качество детекции цвета кожи человека. Проведено сравнение основных цветовых пространств с использованием порогового классификатора: RGB, YCbCr, HSV, CIE Lab. Уточнены возможности использования сокращённых цветовых пространств.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложен алгоритм многошаговой кластеризации изображений лиц, предназначенный для разбиения исходной коллекции на группы похожих изображений. В основу алгоритма положена кластеризация мер близости между сегментированными по яркости изображениями. В качестве мер близости использованы евклидово расстояние и расстояние Кульбака-Лейблера. Сегментация яркости изображений и кластеризация мер их близости осуществлялись с помощью программной модели рекуррентной нейронной сети. Приводятся результаты экспериментальных исследований предложенного подхода.
Бесплатно
Кластеризация медиа-контента из социальных сетей с использованием технологии bigdata
Статья научная
Статья посвящена одной из ключевых проблем, возникающих при анализе социальных сетей, - проблеме классификации учётных записей на основе медиаконтента, загружаемого пользователями. Основными трудностями на пути решения проблемы являются гетерогенность контента (как по формату, так и по содержанию) и колоссальные объёмы анализируемой информации, что приводит к чрезмерной вычислительной сложности её обработки, а зачастую и к полной неэффективности традиционных методов анализа. В статье мы обсуждаем подход к кластеризации медиаконтента из социальных сетей на основе текстового аннотирования с использованием технологии BigData - современного и эффективного инструмента, позволяющего решить проблемы обработки данных большого объёма. Для проведения вычислительных экспериментов была собрана большая выборка разнородных изображений (фотографии, картины, поздравительные открытки и т. д.) из реальных профилей пользователей социальной сети Twitter. Проведённое исследование подтвердило высокое качество кластеризации медиаконтента, в среднем, значение ошибки составило порядка 5 %.
Бесплатно
Кластерная технология определения восстанавливающих фильтров и обработки больших изображений
Статья
Бесплатно
Когерентная суперпозиция пучков Лагерра-Гаусса с разными длинами волн: цветные оптические вихри
Статья научная
Рассчитан топологический заряд осевой когерентной суперпозиции пучков Лагерра-Гаусса разных «цветов», у каждого из которых своя длина волны и разный топологический заряд. Оказалось, что топологический заряд такой суперпозиции равен топологическому заряду пучка Лагерра-Гаусса с большей длиной волны, независимо от величины весового коэффициента этого пучка в суперпозиции и от величины его топологического заряда. Интересно, что мгновенный топологический заряд такой суперпозиции сохраняется, а распределение интенсивности (усредненное по времени) «цветного» оптического вихря меняет свою световую «гамму»: если в ближней зоне с ростом радиуса цвета световых колец (радуга) меняются согласно их топологическому заряду в суперпозиции от меньшего топологического заряда к большему, то при распространении в пространстве (в дальней зоне) с ростом радиуса цвета колец в радуге располагаются в обратном порядке от большего топологического заряда к меньшему. Показано также, что специальным подбором длин волн (синего, зеленого и красного) в трехцветной композиции однокольцевых пучков Лагерра-Гаусса можно получить на некотором расстоянии усредненное по времени световое кольцо белого цвета.
Бесплатно
Когерентность вихревых псевдобесселевых пучков в турбулентной атмосфере
Статья научная
Проведено теоретическое исследование когерентных свойств вихревых конических волн, распространяющихся в турбулентной атмосфере. При анализе использовалось аналитическое решение уравнения для поперечной функции взаимной когерентности второго порядка поля оптического излучения. Рассматривались следующие характеристики когерентности вихревых конических волн: степень когерентности, радиус когерентности, среднеквадратичный и интегральный масштабы степени когерентности. Проанализирована зависимость этих характеристик от параметров оптического излучения и турбулентной атмосферы. Отмечается наличие высокой чувствительности среднеквадратичного и интегрального масштабов степени когерентности вихревых конических волн, в отличие от радиуса когерентности этих волн, к влиянию атмосферной турбулентности.
Бесплатно
Кодирование дифракционных оптических элементов методом локального фазового скачка
Статья научная
Рассмотрен алгоритм частичного кодирования амплитуды бинарной фазой с линейной зависимостью ширины фазовой ступеньки в ячейке кодирования от величины амплитуды. Параметром степени кодирования выступает пороговый уровень амплитуды, ниже которого амплитуда кодируется в фазу, а выше которого заменяется на постоянную величину. Метод применен к расчету фазовых пространственных Фурье-фильтров, согласованных с двумерными изображениями.
Бесплатно
Кольцевое преобразование радона
Статья научная
Рассмотрено интегральное преобразование, названное кольцевым преобразованием Радона (КПР) и являющееся обобщением преобразования Радона на случай, когда интегрирование происходит не по прямой линии, а по окружности определенного радиуса. Радиус окружности является параметром преобразования. Получены выражения для КПР некоторых конкретных функций. Выведены соотношения для получения образа объекта при его сдвиге и масштабировании. Приведена оптическая схема для выполнения КПР.
Бесплатно
Комбинированные голограммные оптические элементы для индикаторов знако-символьной информации
Статья научная
В статье предложен комбинированный голограммный оптический элемент для оптических систем многоцветных индикаторов знако-символьной информации. Данный элемент сочетает в себе функции четырёхуровневых дифракционных решёток с повышенной дифракционной эффективностью и спектральных плазмонных фильтров с изменяемой полосой пропускания в зависимости от угла падения излучения. Проведённые теоретические исследования свидетельствуют о возможности объединения двух типов элементов в одной комбинированной структуре.
Бесплатно
Статья научная
С помощью интеграла Рэлея-Зоммерфельда проведено моделирование построения изображения в жёстком когерентном рентгеновском излучении (длина волны 0,229 нм) с помощью комбинированной зонной пластинки. Моделирование показало возможность улучшения разрешения по отношению к традиционной зонной пластинке Френеля почти в 10 раз (и равно 20 нм) без изменения ширины крайней зоны (205 нм). Комбинированная зонная пластинка состояла из 6 областей, работающих в 1-м, 3-м, 5-м, 7-м, 9-м и 11-м порядках дифракции. При этом энергетическая эффективность построения изображений такой комбинированной зонной пластинкой составляет 3,7 %, что на 42 % больше, чем эффективность традиционной зонной пластинки Френеля (2,6 %), работающей в третьем порядке дифракции и улучшающей разрешение только в 3 раза.
Бесплатно
Компаративная фильтрация изображений с использованием монотонных морфологических операторов
Статья научная
В работе представлен новый класс компаративных фильтров, основанных на операциях математической морфологии Серра. Как известно, операции открытия (закрытия) Серра, в отличие от рассматривавшихся ранее проекторов Пытьева, линейных диффузных и нелинейных медианных фильтров, являются монотонно неувеличивающими (неуменьшающими) фильтрами, что определяет их иные математические и прикладные свойства. Приведены результаты экспериментального исследования предложенных компаративных фильтров с различными параметрами в задаче выделения отличий на изображениях в сравнении другими морфологическими процедурами выделения отличий.
Бесплатно
