Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2511
Модифицированные методы статистического стегоанализа бинарных и полутоновых изображений
Статья научная
Проведен анализ стеганографической стойкости алгоритмов встраивания «цифровых водяных знаков», использующих контроль визуального качества изображения. Разработаны модифицированные алгоритмы статистического стегоанализа для случаев бинарных и полутоновых изображений. Проведено исследование эффективности разработанных алгоритмов.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается задача моделирования распространения электромагнитного излучения в волноводах с продольно-неоднородным распределением показателя преломления. В качестве базового метода моделирования предложен и рассмотрен метод распространяющегося пучка (Beam Propagation Method, ВРМ), выявлены его недостатки. Приведен вывод обобщенных однонаправленных уравнений Гельмгольца, позволяющих нивелировать ряд недостатков традиционного метода. Сформулирован модифицированный метод распространяющегося пучка, основанный на предложенных уравнениях, описана область его применимости.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе описывается новый метод дистанционного измерения распределения температуры без знания излучательной способности с использованием мультиспектральной камеры. Представлено, что применение метода спектральных отношений в тандеме с мультиспектральной камерой в его стандартном виде невозможно, и требуется модификация. Показано, что виды кривых, являющиеся суммой двух логарифмов, наилучшим образом описывают спектральные отношения. Показан метод калибровки мультиспектральной камеры по эталонному температурному источнику излучения для работы со спектральным отношением. В работе проведен анализ применения модифицированного метода пирометрии спектрального отношения. Показано, что этот метод позволяет определить распределение температуры образца в режиме реального времени. Преимуществом модифицированного метода спектральных отношений на основе данных с мультиспектральной камеры являются: высокая точность (~5 %) и скорость измерения распределения температуры.
Бесплатно
Статья научная
Исследована задача определения модового состава волновода с параболическим профилем показателя преломления по известной диаграмме направленности локализованного источника. Найдены условия, при которых угловое распределение поля локализованного источника можно описать с помощью разложения по когерентным состояниям. Получены явные выражения для коэффициентов возбуждения мод волновода и в случае ненаправленных источников найдено рек-курентное соотношение для их расчета. Показано, что на модовый состав излучения дипольного источника в основном влияет его положение относительно оси волновода. Также показано, что даже в случае ненаправленного излучателя возможно селективное возбуждение отдельных групп мод волновода.
Бесплатно
Модули внимания в сверточных нейронных сетях для распознавания малоразмерных объектов
Статья научная
Задача распознавания малоразмерных объектов часто встречается в биомедицинских системах и системах безопасности. При этом обнаружение таких объектов часто осложняется наличием плотных облаков или объектов инфраструктуры. В данной работе представлены результаты использования различных механизмов внимания для повышения точности в задаче сегментации малоразмерных объектов на изображении с помощью сверточных нейронных сетей. Были рассмотрены модули внимания по каналам и по пикселам. Подобный подход позволяет эффективно подавлять менее информативные каналы и области изображения и усиливать более информативные каналы и области изображения. При этом весовые коэффициенты в модулях внимания автоматически адаптируются к обучающим данным. Проведена оценка влияния механизмов внимания в архитектуре сверточной нейронной сети на ее способность подавлять сложный фон (облака, тучи и объекты инфраструктуры) и сегментировать малоразмерные объекты. Результаты представлены в виде таблиц с тестовыми метриками, графиков precision-recall и ROC-кривых и тепловых карт, показывающих эффективность подавления фона. Полученные результаты позволяют эффективно внедрять описанные модули внимания в сверточные нейронные сети любой сложности для повышения точности распознавания объектов размером 10 – 40 пикселей на сложном фоне.
Бесплатно
Модуляционная неустойчивость волновых пакетов в неоднородных двухмодовых световодах
Статья научная
Исследованы условия возникновения модуляционной неустойчивости волнового пакета в двухмодовом световоде c экспоненциальным профилем неоднородности дисперсии групповых скоростей по длине световода. Получены аналитические выражения интегрального инкремента усиления гармонического возмущения и других важных характеристик, определяющих динамику модуляционной неустойчивости двух взаимодействующих мод в световоде с заданным типом неоднородности.
Бесплатно
Моды планарного градиентного гиперболического секансного волновода
Статья научная
Получены аналитические выражения для ТЕ- и ТМ- мод планарного гиперболического секансного (ГС) волновода, которые являются частным случаем более общих мод, распространяющихся в волноводах Эпштейна. Получено выражение для периода Тальбота (или фокусного расстояния) для ТЕ-мод в планарном ГС-волноводе, и показано, что для ТМ-мод не возникает периодичность и нет фокусировки в ГС-волноводе. Получены выражения для полной ширины по полуспаду интенсивности и нормированной интенсивности для основной ТЕ-моды в ГС-волноводе, и найдены параметры ГС-волновода, при которых ширина основной моды минимальна и равна 0,11 от длины волны. С помощью моделирования программой FullWAVE показано модовое распространение световых полей с начальными аналитически полученными амплитудами в ограниченных ГС-волноводах и периодическое повторение немодовых световых полей в волноводе с периодом Тальбота. С помощью моделирования также показано, что ГС-линза, являющаяся "куском" ГС-волновода, фокусирует плоскую ТЕ-волну в субволновое фокусное пятно шириной по полуспаду интенсивности 0,131 от длины волны.
Бесплатно
Моды шепчущей галереи в диэлектрическом цилиндре с круглым сечением
Статья научная
При дифракции плоской монохроматической ТЕ-волны на идеальном однородном диэлектрическом цилиндре с резонансным радиусом в несколько длин волн вблизи поверхности на выходе из цилиндра на оптической оси формируются два последовательных максимума интенсивности (два фокуса). Первый субволновый фокус формируется одним из лепестков моды шепчущей галереи, его интенсивность в 50 раз больше интенсивности падающего света, а ширина по полуспаду интенсивности может быть равна 0,155 длины волны. Второй фокус в 2 раза меньше по интенсивности и удлинён, его называют фотонной струей, он формируется на расстоянии около длины волны от поверхности цилиндра и имеет ширину 0,44, а длину - две длины волны. Численно исследованы возможности фокусировки света двухслойным цилиндром, и рассмотрено влияние поглощения материалов на результат фокусировки.
Бесплатно
Может ли радиальное число вихревых мод управлять орбитальным угловым моментом?
Статья научная
В общем случае стандартный пучок Лагерра-Гаусса, состояние которого задаётся двумя квантовыми числами - радиальным числом n и азимутальным числом l (или топологическим зарядом вихря, переносимым пучком Лагерра-Гаусса), является неустойчивым относительно слабых возмущений. Это нетрудно заметить, если разложить комплексную амплитуду пучка Лагерра-Гаусса по модам Эрмита-Гаусса, общее число которых равно N = 2 n + l +1. Изменяя амплитуды и фазы коэффициентов разложения с помощью возмущающих параметров, можно существенно трансформировать первоначальную радиально симметричную структуру пучка Лагерра-Гаусса. Мы назвали композицию мод Эрмита-Гаусса, зависящую от двух возмущающих параметров (амплитудный параметр e, фазовый параметр q), структурированным пучком Лагерра-Гаусса. При изменении этих параметров орбитальный угловой момент структурированного пучка Лагерра-Гаусса меняется в интервале (-l, l), а полный топологический заряд - в интервале (-2 n - l, 2 n + l). При n = 0 изменение орбитального углового момента в интервале (-l, l) является плавным, а с ростом n поведение орбитального углового момента становится всё более осциллирующим. Число минимумов (максимумов) осцилляций равно радиальному числу в интервале q = (0, p) и q = (p, 2p), а их амплитуда нелинейно зависит от разности l - n , за исключением точки q = p, где сЛГ-пучок становится вырожденным. Если же l = 0, то орбитальный угловой момент = 0 и в структуре структурированного пучка Лагерра-Гаусса возникает либо симметричный массив вихрей с противоположными знаками топологического заряда, либо узор краевых дислокаций, число которых равно радиальному числу n . Также мы обнаружили, что, несмотря на быстрые осцилляции орбитального углового момента, абсолютное значение полного топологического заряда структурированного пучка не изменяется при вариации как амплитудного e, так и фазового параметра q, но зависит исключительно от исходного состояния ( n , l) пучка Лагерра-Гаусса и равно модулю (2 n + l).
Бесплатно
Мониторинг реинтродуцированных редких растений на основе нейронной сети YOLO
Статья научная
Восстановление популяций редких видов растений (реинтродукция) – одна из важнейших мер сохранения биоразнообразия на планете. Реинтродуцированные растения нуждаются в постоянном мониторинге с целью изучения особенностей их развития и контроля за состоянием популяции. Для сокращения влияния человека на естественную среду обитания растений и упрощения процесса мониторинга мы предлагаем использовать беспилотные летательные аппараты и осуществлять автоматический анализ результатов их съёмки при помощи свёрточной нейронной сети. В рамках данной статьи описаны результаты, полученные при помощи сети YOLOv3. Рассматриваются вопросы настройки нейронной сети для обнаружения посадок пиона тонколистного, реинтродуцированного в Самарской области силами кафедры экологии, ботаники и охраны природы Самарского университета. Основным вопросом исследования являлось изучение возможности обучения нейронной сети по изображениям пиона в искусственной среде обитания с последующим применением на изображениях в естественной среде обитания. Проведенные исследования подтверждают возможность успешного обучения нейронной сети на изображениях пионов в искусственной среде обитания.
Бесплатно
Морфлеты: новый класс древовидных морфологических описаний формы изображений
Статья научная
В работе предложен новый класс морфологических древовидных описаний формы изображений. Дано формальное определение хаароподобных функций. Показано, что Пытьевская морфология центрированных изображений может быть описана в терминах Хааро-подобных базисов. Определены морфологии локализованных форм и соответствующие хаароподобные вейвлеты. Указан формальный способ построения иерархии локализованных форм и соответствующих деревьев хаароподобных вейвлетов. Введено понятие морфлетов как хаароподобных вейвлетов, согласованных по форме с изображением. Приведены некоторые схемы построения морфлетных описаний.
Бесплатно
Морфологическая фильтрация изображений на основе взаимного контрастирования
Статья научная
В статье предложен метод морфологической компаративной фильтрации на основе взаимного контрастирования изображений. Описана процедура нормализации фона на основе взаимного контрастирования с использованием пирамиды изображений, и предложен соответствующий алгоритм выделения отличий для изображений дистанционного зондирования. Проведено экспериментальное сравнение разработанного алгоритма выделения отличий с аналогом на тестовом наборе данных.
Бесплатно
Статья научная
Предложен аналитический подход к вычислению непрерывных скелетов с эллиптическими структурирующими элементами (эллиптических скелетов). Описан переход между дисковыми скелетами и эллиптическими скелетами. На основе эллиптических скелетов предложен вычислительно эффективный дискретно-непрерывный подход к построению морфологических дескрипторов (спектров и карт) с фиксированными эллиптическими структурирующими элементами. Введены понятия морфологических эллиптических карт и спектров размеров, направлений, вытянутости по произвольным эллиптическим структурирующим элементам. Определены двумерные спектры по различным сочетаниям факторов размера и формы. Предложенные эллиптические спектры могут применяться как для сегментации фигуры на области различной толщины и/или направления, так и в качестве дескрипторов формы для распознавания типа наблюдаемых фигур.
Бесплатно
Статья научная
Описаны атрибутные и реляционные представления моделей мозаичных изображений с направленными отношениями. Рассмотрены атрибутные представления асимметричных реляционных моделей на основе стековых, ранговых и интегральных описаний. Введены морфологические меры сходства на основе реляционных моделей. Показано, что на основе одной и той же ориентированной реляционной модели могут быть введены различные морфологические операторы, в частности, типа Серра и типа Пытьева. Предложены способы построения таких морфологических операторов в атрибутном и реляционном домене. Описана новая морфологическая схема двухэтапной взаимной адаптивной фильтрации изображения и формы, на первом шаге которой происходит упрощение (проецирование) формы c учетом изображения, а на втором - упрощение (проецирование) изображения c учетом формы.
Бесплатно
Статья научная
На основании анализа опубликованных работ по обеспечению безопасности критически важных объектов от террористических угроз сделан вывод о необходимости дополнить предложенные в литературе мультисенсорные комплексы видеоаналитической системой для повышения надёжности обнаружения несанкционированных вторжений на территории ограниченного доступа и распознавания намерений вторгшихся лиц. Предложен алгоритм для решения первой части задачи, основанный на реализации принципа накопления. Частично затронут вопрос о распознавании намерений вторгшегося субъекта. Приведены оценки вероятностей 1-го и 2-го рода, обеспечиваемые предложенным алгоритмом обнаружения вторжений.
Бесплатно
На пути использования смартфона в качестве гиперспектральной камеры
Статья научная
Спектральная реконструкция из RGB-изображений – одна из актуальных задач вычислительной фотографии, но на сегодняшний день даже самые современные алгоритмы не обеспечивают приемлемую точность. Любопытно, что в этой задаче современные мобильные устройства открывают новую возможность повышения качества реконструкции за счёт использования изображений сразу с нескольких камер. Это даёт почву для создания мобильной гиперспектральной камеры для широкого круга пользователей. В работе исследован вопрос достижимой точности при использовании одновременно нескольких одинаковых камер в сочетании с различными спектральными фильтрами. Предложено два алгоритма для поиска оптимальных фильтров для случаев обучения линейной регрессии и полносвязной нейронной сети в качестве алгоритма реконструкции. В результате вычислительных экспериментов было установлено, что в случае 4 камер и 4 фильтров точность реконструкции в три раза выше, чем при восстановлении из RGB-изображений.
Бесплатно
Наблюдаемость кристаллических решёток по нескольким узлам на изображениях их проекций
Статья научная
В статье рассматривается задача о наблюдаемости трёхмерной кристаллической решётки. В предположении о вращательном характере движения решётки относительно плоскости наблюдения получены аналитические выражения определения наблюдаемости кристаллической решётки в общем случае при наблюдении двух и более узлов на проекции. Рассмотрены частные случаи для определения условий наблюдаемости кубической ячейки при некоторых значениях индексов узлов.
Бесплатно
Наблюдение оптического эффекта "углового трактора" в пучке Бесселя
Статья научная
В работе изучается оптический эффект «углового трактора», заключающийся в том, что в вихревом лазерном пучке с радиальной симметрией с положительным/отрицательным топологическим зарядом и левой/правой круговой поляризацией на разных радиусах от центра пучка в поперечном сечении поток световой энергии вращается в разных направлениях (по часовой или против часовой стрелки). Показано, что этот эффект имеет место как для параксиальных вихревых пучков, так и в фокусе апланатической системы при фокусировке непараксиального оптического вихря. Экспериментально продемонстрировано движение диэлектрических микрочастиц в пучке Бесселя 3-го порядка с круговой поляризацией в разные стороны (по часовой и против часовой стрелки).
Бесплатно
