Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
Статья научная
Рассматривается задача восстановления пространственных древовидных объектов по изображениям проекций. Предлагается метод выбора оптимального пространственного направления движения по ветви, основанный на анализе пространственных интенсивностей при помощи сферы возможных направлений. Предлагается два метода обнаружения минимумов интенсивностей на сфере. Данный подход позволяет производить восстановление пространственных объектов по малому числу наблюдаемых проекций.
Бесплатно
Статья научная
В статье предлагается новый метод, предназначенный для определения матрицы распространения оптического волокна (ОВ) в маломодовом режиме и расчёта соответствующих принципиальных мод. В основе предлагаемого метода лежит идея расширения на базис пространственных мод подхода, известного как Jones Matrix Eigenanalysis (JME), позволяющего определять матрицу распространения и принципиальные состояния поляризации одномодового волокна. В качестве корреляционного фильтра предполагается использование многоканального дифракционного оптического элемента, реализуемого на базе пространственного модулятора света (SLM). Эффективность предложенного метода подтверждается результатами численного моделирования, полученными для маломодового ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления в режиме сильного смешения мод.
Бесплатно
Метод определения суммарной дисторсии цифровых изображений
Статья научная
Описывается метод определения суммарной дисторсии цифровых изображений. Разработан алгоритм решения задачи, который состоит из следующих этапов: создание идеального изображения тестового объекта по его реальному изображению, построение векторной диаграммы дисторсии изображения, нелинейный регрессионный анализ аппроксимируемых функций, решение задачи интерполяции, корректировка изображения детали и восстановление плоского контура детали. В качестве тестового объекта использована квадратная сетка. Модуль "Нелинейное оценивание системы STATISTICA" позволяет разработать математическую модель дисторсии изображения. При использовании полинома третьего порядка величина достоверности аппроксимации исследуемой функции составляет 0,98-0,99. Разработанный метод позволяет повысить точность восстановления контуров плоских деталей, что актуально при использовании систем технического зрения в интеллектуальных робототехнических системах, при распознавании объектов и т.д.
Бесплатно
Метод определения фазового сдвига квазигармонических сигналов, основанный на анализе огибающей
Статья научная
В работе развивается новый метод решения задачи высокоточного измерения фазового сдвига между двумя квазигармоническими сигналами на основе анализа и обработки выборочных значений амплитуды, или огибающей сигналов, которая подчиняется статистическому распределению Райса. При этом анализируются данные амплитуд трех сигналов: двух квазигармонических сигналов, разность фаз которых измеряется, и сигнала, формируемого суммой двух исходных сигналов. Измеряемый фазовый сдвиг вычисляется как угол треугольника, стороны которого соответствуют исходным, восстановленным на фоне шума значениям амплитуд указанных сигналов. Важная особенность предлагаемого метода состоит в том, что искомые фазовые характеристики определяются в результате проведения лишь амплитудных измерений, что означает существенное снижение технических требований к используемому оборудованию и упрощает практическое применение метода. Для восстановления не искаженных шумом значений амплитуд сигналов, необходимого для реализации данного способа измерения разности фаз, предлагается использовать методы и алгоритмы так называемого двухпараметрического анализа райсовских данных. В работе представлено математическое обоснование предлагаемого метода, а также приводятся результаты численного эксперимента. Предлагаемый метод является значимым для широкого круга прикладных задач, решаемых в различных метрологических устройствах и системах связи, работающих на основе анализа оптических сигналов, распространяющихся по разным каналам.
Бесплатно
Метод оптимального линейного сверхразрешающего восстановления изображений
Статья научная
В статье предлагается метод сверхразрешения (измельчения сетки пикселов) цифровых изображений, основанный на применении линейной фильтрации к дискретному сигналу, дополненному нулями между отсчетами (пикселами). Для синтеза восстанавливающей системы вводится в рассмотрение непрерывно-дискретная модель наблюдения, характерная для реальных систем формирования изображений, в соответствии с которой изначально непрерывный сигнал сначала претерпевает линейные (динамические) искажения, а затем подвергается дискретизации и воздействию аддитивного шума. Для такой модели наблюдения строится процедура оптимального по критерию среднеквадратического отклонения процедура восстановления. Использование непрерывно-дискретной модели позволяет более адекватно описать искажения изображений, а также оценить остаточную погрешность такого восстановления, что полезно для решения ряда других задач (например, комплексирования изображений). В теоретической части статьи приводится общая схема линейного сверхразрешения сигнала, выводятся выражения для импульсной и частотной характеристики оптимальной восстанавливающей системы, а также для ошибки такого восстановления. Для краткости изложения материала всё описание ведется для одномерного сигнала, но полученные результаты предполагают естественное обобщение на случай двумерных изображений. Расчетный параграф статьи посвящен анализу ошибки сверхразрешающего восстановления в зависимости от параметров модели наблюдения. Продемонстрировано существенное превосходство предлагаемого метода по точности в сравнении с линейной интерполяцией, обычно применяемой при измельчении сетки пикселов изображения.
Бесплатно
Метод оптоэлектронного контроля объёма жидкости в резервуаре
Статья научная
В статье представлены основы оптоэлектронного контроля объема жидкости в резервуаре, позволяющие дистанционно производить измерения без проведения процедуры тарировки резервуара. Метод измерения основан на наличии на поверхности жидкости у стен резервуара области повышенного отражения света, возникающей вследствие силы поверхностного натяжения или слабого волнения поверхности. В предложенном методе на полученном с фотокамеры изображении распознается граница между жидкостью и воздухом у стенки резервуара, затем определяется текущая площадь поверхности жидкости. При первом наливе жидкости устройство запоминает площадь резервуара для каждого уровня, тем самым автоматически создаётся тарировочная таблица без применения дополнительных инструментов. Кроме того, разработана математическая модель, позволяющая избавиться от неточности расположения камеры относительно резервуара, для чего используются реперные метки, расположенные в горизонтальной плоскости сверху резервуара. Разработан алгоритм распознавания границы жидкости на изображении. Макетный образец, основанный на цифровом фотоаппарате, показал приведенную погрешность измерения объёма жидкости в пределах 0,5 % при отсутствии жесткой фиксации камеры.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается вопрос использования функционала полного скользящего контроля при решении задачи автоматического построения процедуры локальной обработки сигналов/изображений, настраиваемых по эмпирическим данным (иерархической регрессии). Предлагается методика остановки процесса формирования различных сочетаний обучающей и контрольной выборок и, как следствие, процесса построения процедуры обработки изображений, основанная на интервальной оценке функционала скользящего контроля качества.
Бесплатно
Метод отбора информативных признаков на цифровых изображениях
Статья научная
В статье рассматривается проблема сокращения признакового пространства в задачах распознавания на изображениях и предлагается метод ее решения. Метод позволяет сократить количество признаков, необходимых для решения конкретной задачи распознавания, от нескольких сотен тысяч признаков (пикселов исходного изображения) до нескольких десятков или сотен признаков. Разработанный метод состоит из 3 этапов. На первом этапе для каждого изображения из обучающей выборки производится расчет двумерных полей признаков (например, результатов обработки пространственными фильтрами, спектральных полей) и на этих полях реализуется предварительный отбор признаков по критерию соотношения общей и средней внутриклассовой дисперсии. Далее отбор осуществляется путем перебора различных комбинаций (методом последовательного присоединения и отбрасывания признаков) с использованием критерия конкретной задачи распознавания, для решения которой отбираются признаки. На последнем этапе выбранные комбинации признаков тестируются на контрольной выборке изображений, и окончательно принимается решение о выборе набора признаков для использования при распознавании. Предлагаемый метод был успешно апробирован при отборе признаков для реализации в рамках программно-исследовательской системы распознавания личности на изображениях документов.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен метод оценки неопределённостей пространственного сопряжения высокоточных деталей. Метод применим при компьютерном проектировании как оптических, так и механических систем с учётом погрешностей изготовления и взаимного расположения их элементов. Другим его применением может являться нахождение более приемлемого варианта сборки и настройки высокоточных оптических систем на основе результатов измерений геометрии сопрягаемых деталей. Метод включает анализ отклонений геометрии деталей по результатам измерений; создание геометрических моделей реальных поверхностей деталей, расчёт взаимного пространственного расположения деталей при моделировании их сопряжений с использованием модернизированного алгоритма ближайших точек (ICP).
Бесплатно
Статья научная
В настоящей работе исследуются методы определения параметров движения камеры по набору соответствующих точек. В отличие от традиционного подхода, соответствующие точки в настоящей работе используются не для определения фундаментальной матрицы, а непосредственно для определения параметров съёмки. Кроме того, в настоящей работе используется модель формирования разноракурсных изображений, основанная на представлении трёхмерных изображений и параметров съёмки в виде кватернионов. В настоящем исследовании приведены варианты реализации предложенного метода, в том числе с отбором наиболее свободных от шума соответствий с использованием метода RANSAC. В исследовании приведены результаты эксперимента на тестовых наборах «Middlebury» и «ETH3D», представляющих собой набор изображений с зафиксированными точными значениями параметров съёмки. С использованием разработанной на языке Python программы проведён сравнительный эксперимент по оценке точности и надёжности оценок, полученных с помощью предложенного метода, в условиях малого числа соответствующих точек и малой глубины сцены. В ходе экспериментальных исследований было показано, что в поставленных условиях надёжность определения параметров с использованием предложенного метода значительно превышает надёжность традиционных методов оценки параметров движения, основанных на вычислении фундаментальной матрицы.
Бесплатно
Метод оценки размеров базовых элементов структур отсканированных цифровых изображений
Статья научная
В статье рассматривается алгоритм оценки размеров базовых элементов структур отсканированных цифровых изображений, основанный на подсчете длин серий и вычислении локального поля направлений. Приводятся результаты эксперимента, исследуется эффективность алгоритма.
Бесплатно
Метод оценки уровня шума цифрового изображения
Статья научная
В работе представлен метод оценивания уровня дискретного белого шума в составе изображения, основанный на применении линейных разностных операторов с векторной маской. Предложены два варианта нового метода оценивания уровня шума, отличающиеся точностью получаемых оценок и вычислительной сложностью. Первый вариант метода можно отнести к классу блочных методов, второй - предназначен для экспресс-анализа изображения и основан на обработке небольшого числа строк или столбцов изображения.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен метод оценки эффективности систем распознавания текстовых меток на сложном фоне, структура которых включает в себя алгоритмы локализации, сегментации, распознавания и принятия решений. Процесс обработки системой отдельных изображений представлен как последовательность событий вида «алгоритм дал правильный (неправильный) ответ», на основе которых сформирована диаграмма всех возможных последовательностей этих событий - дерево вероятностных характеристик. С использованием дерева определена функциональная зависимость вероятностных характеристик и производительности всей системы распознавания от характеристик отдельных алгоритмов.
Бесплатно
Статья научная
Предложен метод определения структуры и оценки параметров оптико-электронного тракта (ОЭТ). В основу метода положен анализ перепада яркости на границах изображений объектов, используемый для получения реализации сечения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ОЭТ. Принцип работы метода, позволяющий осуществлять оценку параметров ОЭТ, заключается в минимизации показателя, характеризующего интегральную величину отклонения реализаций сечений АЧХ ОЭТ от математической модели АЧХ, известной с точностью до этих параметров. Экспериментальное исследование иллюстрирует эффективность предложенного метода оценки структуры и параметров ОЭТ и границы его применения.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен новый метод параметрической оптимизации систем распознавания текстовых меток на видеоизображениях. Оптимизируются параметры, управляющие разме-рами списков решений, передаваемых между алгоритмами системы распознавания. Метод требует невысоких вычислительных затрат по сравнению с непосредственным расчетом критериев оптимальности каждой комбинации параметров. Приведены результаты исследований по оптимизации системы распознавания идентификационных номеров железнодорожного транспорта, подтвердившие целесообразность применения метода на практике.
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается разработка метода позиционирования мобильного устройства с использованием сенсорной сети BLE-маяков, аппроксимации значений уровней сигналов RSSI и искусственных нейронных сетей. Целью работы является разработка метода позиционирования средств малой механизации на промышленных предприятиях для построения систем безлюдного контроля движения изделий. Работа разделена на четыре основные части: синтез данных, фильтрация сигнала, выбор BLE-маяков, перевод значений уровней сигналов RSSI в расстояние и мультилатерация. Предложен упрощенный фильтр Калмана для фильтрации входного сигнала для подавления гаусовского шума. Приведено описание двух подходов к переводу уровня сигнала RSSI в расстояние: экспоненциальная функция аппроксимации с коэффициентом детерминации 0,6994 и искусственная нейронная сеть прямого распространения. Сравнение результатов работы этих подходов производилось на нескольких тестовых выборках: обучающей, тестовой на известном расстоянии (0 - 50 метров) и тестовой на неизвестном расстоянии (60 - 100 метров). В результате искусственная нейронная сеть показала лучший результат во всех экспериментах, кроме тестовой выборки на известном расстоянии (0 - 50 метров), уступив функции аппроксимации на 0,02 м2 среднеквадратичной ошибки, чем можно пренебречь. Предложен алгоритм позиционирования мобильного устройства на основе метода мультилатерации. Экспериментальные исследования разработанного метода показали, что ошибка позиционирования не превышает 0,9 метра в контролируемом помещении размером 5 × 5,5 метров. Точность позиционирования мобильного устройства с использованием предлагаемого метода в проведенном эксперименте выше на 40,9 %. Также проведены экспериментальные исследования в помещении 58,4 × 4,5 м, показавшие более точные результаты по сравнению с аналогичными исследованиями.
Бесплатно
Метод поиска особых точек дактилоскопических изображений с использованием поля направлений
Статья
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена решению задачи поиска похожих последовательностей кода в исполняемых бинарных файлах. Предлагается метод решения, при котором промежуточное векторное описание функции формируется на основе сравнения пространственного положения каждой из функциональных групп команд процессора данной функции и функций некоторой «базисной» библиотеки. Размерность полученного таким образом вектора понижается, и полученное окончательное описание используется для осуществления поиска. Представлены результаты экспериментальных исследований, демонстрирующие работоспособность данного метода. Исследована эффективность данного метода в сравнении с некоторыми ранее известными методами поиска похожих последовательностей кода, даны рекомендации по выбору параметров разработанного метода.
Бесплатно
