Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2553
Квазипериодические оптические элементы
Статья научная
Рассматриваются фазовые оптические элементы с периодической или близкой к ней структурой. Периодичность структуры дифракционной решетки обусловливает целый ряд ее специфичных свойств. Ранее были рассмотрены возможности манипулирования свойствами фазовой дифракционной решетки путем воздействия на структуру ее периода (фазовой функции). В статье рассматриваются некоторые дополнительные возможности управления свойствами дифракционной решетки за счет согласования фазовых функций последовательных периодов решетки, то есть создания квазипериодических структур.
Бесплатно
Киноформные корректоры сферической аберрации, изготовленные химическим травлением стекла
Статья научная
Рассмотрены методы расчета осесимметричных дифракционных корректоров сферической аберрации. Описана технология изготовления киноформных элементов химическим травлением стекла. Приведены параметры рефракционно-дифракционных объектов для проекции изображения на большой экран и ввода лазерного излучения в стекловолокно, включающих киноформные корректоры сферической аберрации.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты теоретических и расчетных исследований по разработке на базе киноформных оптических элементов (КЭ) высокоразрешающих апохроматических систем, работающих в широком спектральном диапазоне. Приведен сравнительный анализ аберрационных и дисперсионных свойств КЭ и обычных оптических элементов. Показано, что сочетание двух обычных марок стекол с КЭ позволяет получить апохроматическую коррекцию и что компонент с КЭ обладает широкими возможностями при коррегировании монохроматических аберраций и вторичного спектра, позволяет исправить сферохроматизм при выполнении условия изопланатизма. Рассмотрена методика и принципы построения на базе КЭ апохроматов-анастигматов, имеющих массу на 30-50% меньше, чем аналогичные системы, выполненные на базе традиционных оптических элементов.
Бесплатно
Киноформные оптические элементы с увеличенной глубиной фокуса
Статья научная
Предлагаются методики расчета киноформных аксиконов и обобщенных зонных пластинок, имеющих каустику в виде фокального отрезка со специальным распределением интенсивности в нем. Изготовленные образцы киноформов исследовались экспериментально. Совпадение результатов расчетов с экспериментальными данными подтверждает эффективность методики расчета.
Бесплатно
Классификация бинарных квазиканонических систем счисления в мнимых квадратичных полях
Статья научная
В работе рассматриваются все возможные бинарные 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 рассматриваемых системах счисления.
Бесплатно
Классификация двумерных фигур с использованием скелетно-геодезических гистограмм толщин-расстояний
Статья научная
В работе рассматривается задача классификации бинарных изображений двумерных фигур. При этом в качестве дескриптора формы фигуры предлагается использовать скелетно-геодезическую гистограмму толщин-расстояний. Дескрипторы формы, основанные на статистиках парных расстояний между точками фигуры, хорошо известны. Известно также, что гистограммы парных геодезических расстояний между точками фигуры обладают устойчивостью к гибким деформациям частей фигуры, при которых не нарушается топология фигуры и мало изменяется её локальная толщина. Предложенный новый дескриптор представляет собой совместную гистограмму скелетно-геодезических расстояний и разностей локальных толщин между точками фигуры. Такая статистика является более информативной за счёт использования дополнительной информации о локальной толщине фигуры. Кроме того, предложенный подход к её вычислению на основе анализа рёбер непрерывного скелета и областей их притяжения позволяет значительно ускорить время расчёта по сравнению с гистограммами геодезических расстояний. Приведены результаты экспериментов, подтверждающих эффективность применения предложенного дескриптора в задачах классификации двумерных фигур.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются системы полухрупких цифровых водяных знаков, предназначенные для защиты от несанкционированных изменений изображений, представленных в формате JPEG. Эти системы позволяют обнаруживать и определять местоположение изменений, а некоторые также приближённо восстанавливать исходное содержимое. Приводятся формальные схемы, описывающие процедуры встраивания цифровых водяных знаков и аутентификации. Рассматривается более десятка систем данного типа, предложенных с 2000 года, и предлагается их классификация по различным критериям. Представлены результаты экспериментальных исследований различных систем по оценке уровня искажений, возникающих при встраивании информации, а также погрешности при извлечении. Кроме того, исследована работоспособность систем в смысле обеспечения частичной стойкости к JPEG-сжатию.
Бесплатно
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
Статья научная
В работе представлен подход к анализу гиперспектральных изображений высокого пространственного разрешения в прикладной задаче анализа состояния речных вод. Данный метод позволяет обнаружить цветение или загрязнение воды посторонними веществами. Гиперспектральные изображения высокого разрешения были получены с помощью гиперспектрометра, установленного на малом беспилотном летательном аппарате. Продемонстрирована разница между спектрами участков реки с разной интенсивностью цветения водорослей. Были взяты пробы речной воды, проведен химический анализ, который подтвердил различное содержание магния и кальция во всех пробах, соответствующее интенсивности цветения водорослей в воде. Для классификации акваторий с различной интенсивностью цветения водорослей было рассмотрено несколько алгоритмов классификации на основе машинного обучения и вегетационных индексов. Показана эффективность использования алгоритмов машинного обучения по сравнению с вегетационными индексами. Рассмотрено и проведено сравнение нескольких подходов понижения размерности гиперспектральных данных на основании селекции спектральных каналов для повышения производительности наиболее эффективных алгоритмов классификации.
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
Классификация объектов с помощью однопиксельной визуализации и нейронных сетей
Статья научная
Однопиксельная визуализация – это перспективный метод получения изображений без использования многопиксельных матриц. В отличие от стандартной фотографии, искомое изображение здесь не регистрируется напрямую матричным сенсором, а вычисляется. В последнее время для решения этой задачи начали применяться методы машинного обучения. В данной работе мы показываем возможности применения сверточных нейронных сетей в однопиксельной визуализации для классификации объектов по существенно неполному набору измерений. Мы находим зависимость точности классификации от различных параметров сэмплирования объекта. Предложенные методы могут использоваться в реальных устройствах в качестве эффективного программного обеспечения.
Бесплатно
Классификация поверхностей в 3D-модели желудочков сердца методами машинного обучения
Статья научная
В работе развивается подход для классификации поверхностей желудочков сердца на полигональной поверхностной сетке в условиях небольших наборов данных. Рассматриваемая задача сводится к задаче многоклассовой классификации точки на поверхности сетки. Каждая вершина полигональной сетки кодируется ее окрестностью с помощью функции расстояния со знаком и передается на вход модели машинного обучения. В ходе исследования проведено сравнение моделей машинного обучения (нейронные сети с архитектурами FCNN, U-Net, ResNet и классификаторы, содержащиеся в пакете scikit-learn). Предложена метрика для оценки качества классификации с точки зрения построения бивентрикулярной координатной системы. Предложен детерминированный графовый алгоритм для исправления потенциальных ошибок классификации. Наиболее эффективными для решения задачи классификации оказались FCNN, U-Net и ResNet-50. С точки зрения практической применимости выделены модели RF и SVC-SGD, не требующие значительных вычислительных мощностей и графических ускорителей, но предоставляющие удовлетворительную точность классификации и скорость работы
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
