Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2572
Метод выделения области макулярного отёка с использованием данных оптической когерентной томографии
Статья научная
В работе предложен метод выделения области диабетического макулярного отёка на изображениях глазного дна на основе анализа данных оптической когерентной томографии. Актуальность работы обусловлена необходимостью создания систем поддержки проведения операций лазерокоагуляции для повышения её эффективности. В основе предложенного подхода лежит набор методов и алгоритмов сегментации изображений, поиска особых точек и составления их дескрипторов. Алгоритм Кэнни применяется для поиска границы между стекловидным телом и сетчаткой на изображениях оптической когерентной томографии. Метод сегментации, основанный на алгоритме Краскала построения минимального остовного дерева взвешенного связного неориентированного графа, используется для выделения области сетчатки до пигментного слоя на изображении. С использованием полученных результатов сегментации была построена карта толщины сетчатки глаза и её отклонений от нормы. В ходе проведенных исследований были подобраны оптимальные значения параметров в алгоритмах Кэнни и графовой сегментации, позволяющие достичь ошибки сегментации в размере 5 %. Были рассмотрены методы SIFT, SURF и AKAZE для наложения рассчитанных карт толщины сетчатки глаза и её отклонений от нормы на изображение глазного дна. В случаях, когда вместе с данными оптической когерентной томографии предоставлен снимок с фундус-камеры аппарата оптической когерентной томографии, с помощью метода SURF возможно точное совмещение с изображением глазного дна.
Бесплатно
Метод выделения центральных линий кровеносных сосудов на диагностических изображениях
Статья научная
В работе приводится метод решения задачи выделения центральных линий кровеносных сосудов на биомедицинских диагностических изображениях, основанный на использовании методов глобальной оптимизации с использованием алгоритма поиска кратчайшего пути по графу Дийкстра. Оптимизируемый функционал формируется на основе нечеткого поля на- правлений, построенному по исходному изображению. В работе предложена технология оценивания диагностических параметров сосудов в области диска зрительного нерва основанная на методе сегментации. Рассчитываются геометрические признаки выделенных областей сосудов и области диска зрительного нерва. Проведены исследования зависимости качества работы алгоритма под воздействием различных видов шумов и искажений на синтезированных и натурных диагностических изображениях.
Бесплатно
Статья научная
Представлен метод вычисления разности двух произвольных пространственных фазовых распределений, восстановленных с цифровых голограмм. Предложенный метод применим в двухэкспозиционной цифровой голографической интерферометрии, особенно для случаев оценки возмущений между экспозициями на сильно зашумлённых или промодулированных спекл-структурой цифровых голограммах, поскольку для вычисления разности фаз не используется процедура получения абсолютных значений фазы для каждого из фазовых распределений. Вместо этого, по аналогии с классическим интерферометрическим методом двух экспозиций, на основе восстановленных распределений амплитуды и фазы рассчитывается интерференционная картина двух предметных волн, которая затем восстанавливается как цифровая голограмма тем же самым методом, который использовался для восстановления физически зарегистрированных голограмм. Преимущества предложенного метода наглядно представлены в численном эксперименте по вычислению разности фазовых распределений волновых фронтов, промодулированных спекл-структурой, и в физическом эксперименте по наблюдению динамики нагрева водного раствора фотосенсибилизатора лазерным излучением. Исследовано поведение предложенного метода в случае восстановления зашумлённых цифровых голограмм с различным уровнем шума.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается эффективная вычислительная методика нахождения углов ориентации оптической оси жидкого кристалла, находящегося во внешнем электрическом поле, пригодная для различных граничных условий в ячейках с жидким кристаллом.
Бесплатно
Метод генерации обучающих данных для компьютерной системы обнаружения защитных масок на лицах людей
Статья научная
Мониторинг и оценка уровня безопасности отдельных граждан и общества в целом является одной из важнейших проблем современного мира, который вынужден меняться в связи с возникновением коронавируса COVID-19. Для повышения уровня безопасности общества необходимы новые информационные технологии, способные остановить распространение пандемии за счет минимизации угроз новых вспышек и мониторинга соблюдения людьми защитных мер. К таким технологиям относятся, в частности, компьютерные системы для автоматизированного отслеживания наличия защитных масок на лицах людей. Для таких систем предлагается метод генерации обучающих данных, который объединяет такие способы аугментации данных, как Mixup и Insert. Предложенный метод апробируется на двух корпусах - MAsked FAce и Real-World Masked Face Recognition Dataset, для которых достигаются значения невзвешенной средней полноты при обнаружении масок в 98,51 % и 98,50 %. Кроме того, эффективность предложенного метода апробируется на изображениях с имитацией защитных масок на лицах людей и предлагается автоматизированный способ для уменьшения ошибок I и II рода. С помощью предложенного автоматизированного способа удается сократить количество ошибок II рода с 174 до 32 для корпуса Real-World Masked Face Recognition Dataset и с 40 до 14 для изображений с нарисованными защитными масками на реальных лицах людей.
Бесплатно
Статья научная
При численном моделировании распространения излучения сквозь случайную среду для описания имитаторов турбулентности предложено использовать метод генерации случайного поля на основе разложения Карунена-Лоэва с различными типами корреляционных операторов. Свойства рассчитанных имитаторов случайной среды с Гауссовой корреляционной функцией были исследованы при моделировании распространения вихревых пучков Лагерра-Гаусса. Результаты моделирования показали, что увеличение порядка оптического вихря приводит, как и в эксперименте, к меньшей стабильности фазовой сингулярности пучков к случайным оптическим флуктуациям. Близость результатов моделирования и оптического эксперимента свидетельствует о перспективности предлагаемого подхода к синтезу имитаторов случайной среды.
Бесплатно
Метод дополнительного поля для синтеза фокусаторов
Статья научная
Предложен метод расчета фазового оптического элемента, фокусирующего в заданную область пространства и формирующего в этой области заданное распределение интенсивности. Расчет проводится в рамках дифракционного приближения и с помощью дополнительного поля. Приведены результаты численного эксперимента.
Бесплатно
Статья научная
Для случая фазовых объёмных голограмм показано влияние формфактора голограммы на её дифракционную эффективность. Понятие формфактора вводится по аналогии с классическим, используемым для вычисления усреднённого взаимодействия объектов сложной формы. Здесь понятие формфактора используется для определения усреднённой дифракционной эффективности голограмм, сформированных неравномерными по полю голограмм пучками. Показано, что эти поправки после их вычисления могут быть использованы как коэффициенты в классических формулах дифракционной эффективности. Влияние такого формфактора проявляется только при наличии одновременно двух факторов - нелинейности фотоотклика и неравномерности по полю голограммы формирующих её световых пучков. Предложен метод уменьшения влияния формфактора путём изменения по полю голограммы её видности, например, с помощью изменения степени пространственной когерентности или отношения интенсивности записывающих пучков.
Бесплатно
Метод защиты авторских прав на глубокие нейронные сети с помощью цифровых водяных знаков
Статья научная
В статье предлагается новый метод защиты авторских прав на глубокие нейронные сети. Основная идея метода заключается во встраивании цифровых водяных знаков в защищаемую модель путем ее дообучения на уникальном наборе псевдоголографических изображений (псевдоголограмм). Псевдоголограмма - это двумерный синусоидальный сигнал, кодирующий двоичную последовательность произвольной длины. Изменяя фазу каждой синусоиды, можно формировать различные изображения-псевдоголограммы на основе одной битовой последовательности. Предлагаемая схема встраивания заключается в генерации обучающей выборки таким образом, чтобы псевдоголограммы, сформированные на основе одной последовательности, попадали в один и тот же класс. При этом каждому классу будут соответствовать различные битовые последовательности. Верификация цифровых водяных знаков осуществляется путем подачи на вход модели различных псевдоголограмм и проверки соответствия скрытой в них последовательности определенному классу. Экспериментальные исследования подтверждают работоспособность метода, а также соответствие всем критериям качества, выдвигаемым к методам встраивания цифровых водяных знаков в нейронные сети.
Бесплатно
Метод защиты векторных карт с использованием изображения ЦВЗ как вторичного контейнера
Статья научная
В статье исследован метод встраивания цифрового водяного знака в векторные картографические данные на основе циклического сдвига списка вершин полигональных объектов. Предложена модификация метода, позволяющая автоматизировать процедуру аутентификации, а также повысить его стойкость к изменению содержимого карты. Основная идея улучшенного метода заключается в использовании «шумоподобного» изображения в качестве вторичного контейнера для цифрового водяного знака, представленного в форме битовой последовательности. Описан алгоритм формирования изображения-контейнера из последовательности цифровых водяных знаков, а также алгоритм извлечения такой последовательности. Проведено экспериментальное исследование информационной ёмкости изображения-контейнера и его стойкости к искажениям, моделирующим встраивание в картографические данные: квантованию и добавлению интерполяционного шума. Работоспособность метода также продемонстрирована на реальных картографических данных. Сформулированы рекомендации по рациональному выбору параметров встраивания цифрового водяного знака в зависимости от числа полигонов векторной карты.
Бесплатно
Статья научная
Задача идентификации личности играет важную роль в обеспечении безопасности: информационной, общественной и др. В последнее время наиболее актуальными и перспективными являются биометрические методы идентификации личности. В статье представлено исследование метода идентификации личности по радужной оболочке глаза с использованием нейросетевого подхода на этапах сегментации и формирования признакового представления изображений. Представлено описание набора данных, используемого для реализации этапа сегментации с использованием сверточных нейронных сетей, а также предоставлен доступ к маскам сегментации всего набора данных. Предложен метод формирования признакового представления данных с использованием предварительно обученных сверточных нейронных сетей для решения задачи классификации радужной оболочки глаза. Проведен сравнительный анализ методов формирования признакового представления радужной оболочки глаза, включая классические подходы и нейросетевой подход. Проведен сравнительный анализ методов классификации, включая классические алгоритмы машинного обучения, а именно: метод опорных векторов, случайный лес, метод k-ближайших соседей. Результаты экспериментальных исследований показали высокое качество классификации при применении предложенного подхода.
Бесплатно
Метод иерархической компрессии индексных изображений
Статья научная
В работе описывается метод безошибочной компрессии индексных изображений искусственного происхождения. Метод основывается на иерархическом представлении изображения в виде набора матриц или иерархических уровней (ИУ) уменьшенного размера и кодировании только информации, необходимой для восстановления очередного ИУ по восстановленным значениям предыдущих ИУ. Рассмотрены различные варианты реализации метода. Экспериментальные исследования показали эффективность предлагаемого метода по сравнению с широко используемыми стандартами безошибочного сжатия.
Бесплатно
Метод извлечения водяных знаков из текстурированных полиграфических документов
Статья научная
В данной работе предложен метод извлечения из изображений полиграфических документов скрытых изображений - водяных знаков, встроенных в регулярные (двумерные квазипериодические) текстуры. Он заключается в спектральном анализе входного изображения, синтезе по результатам этого анализа набора (банка) фильтров Габора, выполнении многоканальной габоровской фильтрации изображения (формировании полей текстурных признаков) и, наконец, его сегментации. Приведены примеры моделирования предложенного метода, подтверждающие его работоспособность и потенциальную эффективность.
Бесплатно
Метод извлечения водяных знаков, базирующихся на вариации размера растровой ячейки
Статья научная
В работе предлагается метод извлечения текстурных водяных знаков (ТВЗ), основанных на вариации размера растровой ячейки, из оцифрованных образцов полиграфической продукции. Метод предполагает использование нелинейной фильтрации для препарирования изображений. Исследования показали, что он является устойчивым к искажениям входных данных. Приводятся результаты работы алгоритма на реальных образцах, а также количественные показатели эффективности его работы.
Бесплатно
Статья научная
Предложен метод поляризационного измерения толщины и двулучепреломления X -срезов одноосных кристаллов, заключающийся в измерении спектрального пропускания структуры «поляризатор-кристалл-анализатор». С использованием кристаллов X -среза конгруэнтного ниобата лития с номинальной толщиной 1,052 мм проведена экспериментальная апробация метода и даны практические рекомендации по его использованию. Показана возможность управления преобразованием пучка Бесселя внутри кристалла CaCO3 за счёт изменения его толщины. Экспериментально исследовано управление преобразованием пучков Бесселя нулевого порядка в вихревой пучок Бесселя второго порядка за счёт эффекта теплового линейного расширения кристалла при его нагреве.
Бесплатно
Метод измерения шумов цифровых камер автоматической сегментацией полосовой сцены
Статья научная
Широкое использование фото- и видеокамер для научных и производственных применений, а также в бытовых условиях привело к необходимости оперативного определения их характеристик для оценки применимости в конкретной задаче. В большинстве случаев информация о шумах фотосенсора представлена неполно или отсутствует даже в паспортах специализированных научных цифровых камер, что делает задачу нахождения шумов актуальной. В работе предложен метод измерения основных шумовых характеристик фотосенсоров цифровых камер: световых и темновых временных шумов, неоднородностей фоточувствительности пикселей и темнового сигнала. Метод включает съемку только 2 кадров одной сцены, состоящей из нескольких полос (квазиоднородных областей) различной яркости, по которым далее рассчитываются шумы исследуемой камеры после программной сегментации по уровням сигналов. Экспериментальная апробация проводилась при использовании цифровых камер различного назначения и с различным устройством сенсора. Предложенный метод позволяет определить все основные шумовые характеристики фотосенсоров и не уступает по скорости и точности другим оперативным методам оценки шумов (которые, как правило, не дают полной информации о шумах). Значения характеристик шума, полученные с его помощью, соответствуют в пределах погрешности измеренным с помощью времязатратного стандартного метода.
Бесплатно
Метод классификации сосудов глазного дна, основанный на применении самоорганизующихся карт Кохонена
Статья научная
В статье рассматривается метод диагностики ранних стадий заболеваний глазного дна по диагностическим признакам сосудов. Метод основан на применении самоорганизующихся карт Кохонена. Представлены экспериментальные исследования метода на синтезированных и рассчитанных по натурным изображениям признаках. Приводится сравнение разработанного метода с уже существующими.
Бесплатно
Метод классификации текстур с использованием структурных характеристик изображения
Статья научная
В статье предлагается новая методика для анализа и классификации текстур, основанная на использовании структурных свойств изображения. Известно, что визуальная система человека успешно воспринимает содержание изображения по визуализированной совокупности краёв и границ, имеющихся в изображении. В данной работе в качестве характеристики структуры изображения предлагается использовать совокупность магнитуд градиента изображения. Магнитуда градиента считается случайной величиной, имеющей двухпараметрическое распределение Вейбулла, а в качестве характеристики близости двух изображений используется специальная мера близости оценок параметров соответствующих распределений. Классификация выполнена методом сравнения с эталоном на примере базы данных университета Гейдельберга (Германия), которая содержит 10 классов текстур. В качестве эталонов использован набор средних значений оценок параметров распределения Вейбулла, рассчитанных по совокупности магнитуд градиента текстур обучающей выборки, а сравнение выполнено по предложенной мере близости. В результате анализа выявлены два практически неразличимых класса, а для остальных 8 классов показано, что ошибка классификации в среднем составляет около 18 %.
Бесплатно
Статья научная
Защитные голограммы применяются в качестве элементов, подтверждающих подлинность документов и различной продукции. Качество защитных голограмм в значительной степени зависит от глубины поверхностного микрорельефа голограммных и дифракционных оптических элементов. Авторами статьи предлагается метод контроля качества защитных голограмм, основанный на непрямых измерениях параметров микрорельефа. В статье представлены результаты теоретических исследований предложенного метода.
Бесплатно
Метод контроля максимальной ошибки компрессии
Статья научная
В работе предлагается метод контроля максимальной ошибки восстановления, который может использоваться вместе с любыми известными методами компрессии изображений. Метод исследован для случая его использования вместе со стандартными методами компрессии JPEG и JPEG2000. Результаты исследования показали, что он позволяет существенно уменьшить максимальную ошибку восстановления изображения при сохранении степени компрессии.
Бесплатно
