Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2511
Статья научная
Предлагается новая методика проверки гипотезы о независимости многомерных случайных величин. Рассматриваемая методика основывается на использовании непараметрического алгоритма распознавания образов, соответствующего критерию максимального правдоподобия. В отличие от традиционной постановки задачи распознавания образов априори отсутствует обучающая выборка. Исходная информация представляется статистическими данными, которые составляют значения многомерной случайной величины. Законы распределения случайных величин в классах оцениваются по исходным статистическим данным для условий их зависимости и независимости. При выборе оптимальных коэффициентов размытости непараметрических оценок плотностей вероятностей ядерного типа в качестве критерия используется минимум их среднеквадратических отклонений. Вычисляются оценки вероятности ошибки распознавания образов в классах. По минимальному значению оценок вероятностей ошибок распознавания образов принимается решение о независимости либо зависимости случайных величин. Разработанная методика используется при анализе спектральных данных дистанционного зондирования.
Бесплатно
Статья научная
При синтезе алгоритмов автоматической пороговой сегментации изображений по яркостному признаку важной информацией является количество яркостных классов и, как следствие, проблема определения числа порогов. Решение задачи оценивания количества классов на изображении может базироваться на представлении его распределения в виде смеси распределений яркостных классов с неизвестными априорными вероятностями либо оценке количества мод гистограмм. При этом известно, что задача расщепления смеси имеет решение лишь для некоторых видов распределений, а моды гистограммы не всегда различимы. В общем случае, когда распределения яркостных классов неизвестны, возникают трудности применения указанных методов. В статье предлагается непараметрический подход к определению количества классов, отличающихся средней яркостью, основанный на ранговых гистограммах и использующий свойство локальной пространственной группировки элементов каждого яркостного класса на изображении.
Бесплатно
Статья научная
Одной из наиболее интересных задач дискретной математики является задача поиска решающего набора в задаче ВЫПОЛНИМОСТЬ. Перспективным направлением в построении методов решения представляется сведение задачи к непрерывному поиску точек глобального минимума, ассоциированного с конъюнктивной нормальной формой (КНФ) функционала. В данной работе обосновывается выбор функционала специального вида и предлагается применить к решению системы нелинейных алгебраических уравнений, определяющих стационарные точки функционала, модифицированный метод последовательных приближений. В работе показано, что метод поддается распараллеливанию. Рассматривается схема применения метода к важным задачам криптографического анализа несимметричных шифров, в том числе для определения некоторых бит двоичного представления неизвестных сомножителей в задачах факторизации больших размерностей.
Бесплатно
Нестационарное четырёхволновое взаимодействие в прозрачной двухкомпонентной среде
Статья научная
Проведён анализ динамики пространственной структуры волны с обращённым волновым фронтом при четырёхволновом взаимодействии в прозрачной двухкомпонентной среде в схемах со встречными и попутными волнами накачки. Показано наличие в пространственном спектре объектной волны провала, положение которого определяется направлением распространения второй волны накачки. Угловой поворот и частотный сдвиг волн накачки приводят к уменьшению эффективности преобразования высоких пространственных частот. Ширина полосы пространственных частот, вырезанных четырёхволновым преобразователем излучения, с течением времени монотонно уменьшается, а ширина полосы наиболее эффективно преобразуемых пространственных частот увеличивается.
Бесплатно
Неэталонная оценка уровня шума цифрового изображения на основе гармонического анализа
Статья научная
Статья посвящена разработке метода для оценки уровня шума изображения на основе анализа спектральной плотности мощности (гармонического анализа) сигнала, описывающего изображение. Предложенный метод может быть использован как при оценке визуального качества, так и при анализе изображения в системах машинного зрения.
Бесплатно
Низкокогерентная автокорреляционная интерферометрия рассеивающих и слоистых сред
Статья научная
Аннотация Рассматриваются физические основы нового метода в низкокогерентной интерферометрии слоистых и рассеивающих сред. В этом методе оптическое поле с малой длиной временной когерентности, отраженное объемным слоистым или рассеивающим объектом, направляется в сканирующий интерферометр Майкельсона продольного сдвига, с помощью которого реализуется автокорреляционный анализ объектного низкокогерентного поля. Объект исследования располагается вне интерферометра и не используется опорный пучок света. Метод позволяет определить оптические толщины слоев объемной структуры прозрачных и рассеивающих сред. Представлена приближенная теория метода для объемных объектов с непрерывно изменяющимися по глубине отражающими свойствами и для слоистых объектов с резкими границами раздела слоев. Обсуждаются схемные решения и результаты натурного эксперимента для слоистых прозрачных и рассеивающих объектов.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются процессы формирования и цифровой записи интерференционных картин, образующихся в полихроматическом свете при интерференционном контроле микрорельефа поверхности объектов со слоистой объёмной структурой. Получены выражения для распределения интенсивности света в интерференционной картине в зависимости от формы поверхности и структуры объекта с учётом спектральных свойств элементов матричного фотоприёмника. Выполнены численное моделирование интерференционных процессов в полихроматическом свете и экспериментальная запись цифровых интерферограмм микрообъектов в микроинтерферометре Линника с использованием источника белого света. Показаны соответствие рассчитанных и экспериментальных интерферограмм и возможность решения прямой задачи численного моделирования интерференционных картин.
Бесплатно
Статья научная
Разработаны программный комплекс визуализации внутренней структуры прозрачного слоистого биологического объекта и алгоритмы измерения его оптических и физических свойств с использованием компьютеризированного метода низкокогерентной полнопольной интерферометрии. Показана возможность применения метода для исследования объемной пространственной структуры кристаллизовавшейся капли биологической жидкости, получаемой методом клиновидной дегидратации, и изучения динамики процессов ее структуризации. Представлены микротомограммы фрагментов капли, предложена методика измерения краевого угла и локального показателя преломления. Обнаружено значительное отличие локального показателя преломления различных участков исследуемого объекта. Продемонстрирована динамика изменения краевого угла капли в процессе высыхания.
Бесплатно
Новое поколение бифокальных дифракционно-рефракционных интраокулярных линз
Статья научная
Осуществлено сравнение оптических характеристик бифокальных интраокулярных линз МИОЛ-Аккорд отечественного производства с характеристиками зарубежных аналогов, внедренных в офтальмологическую практику за последние годы. Несмотря на разные концепции, положенные в конструкции дифракционной микроструктуры линз нового поколения, при клинических испытаниях они дают сравнимые результаты.
Бесплатно
Новые возможности дифракционной квазиоптики
Статья научная
Представлены результаты исследований по применению элементов дифракционной квазиоптики миллиметрового диапазона в системах охраны периметров, микроволновых системах распределения телевизионных программ, системах местной многоточечной связи. Рассмотрены возможности получения круговых и конусных диаграмм направленности, приведены алгоритмы как оптимизации фокусирующих свойств антенн на основе дифракционных элементов (выполненных как на плоской, так и произвольной криволинейной поверхности), так и экспресс-анализа их фокусирующих свойств.
Бесплатно
Новые методы автоматизированного проектирования многослойных оптических покрытий
Статья научная
Рассмотрен ряд актуальных задач синтеза многослойных оптических покрытий: синтез покрытий с заданными спектральными характеристиками в широких спектральных диапазонах; синтез покрытий, предназначенных для работы в широком диапазоне углов падающего света; синтез покрытий с двумя одновременно заданными спектральными характеристиками (энергетическими коэффициентами отражения и пропускания); синтез зеркал с постоянной разностью фаз между S- и Р-компонентами отраженного поля при наклонном падении света. Приведены примеры синтезированных систем.
Бесплатно
Новый алгоритм быстрого преобразования Хартли
Статья научная
Предложен новый алгоритм быстрого преобразования Хартли, при разработке которого использованы результаты, полученные Капориным для вычисления дискретного преобразования Фурье. Показано, что этот алгоритм требует наименьшего количества вещественных умножений и сложений по сравнению с известными алгоритмами.
Бесплатно
Новый метод встраивания цифровых водяных знаков в векторные картографические данные
Статья научная
Предложен метод встраивания цифровых водяных знаков в векторные данные (карты) геоинформационных систем. Метод основан на комбинации двух оригинальных приемов. Во-первых, защитная информация вносится в полигональные объекты карты путем управляемого циклического сдвига списка вершин каждого полигона. Во-вторых, в качестве цифрового водяного знака рассматривается не битовый вектор, а растровое изображение, геометрически совмещенное с картой. В отличие от известных, предложенный метод не искажает координатную информацию карты. На простом примере продемонстрирована работоспособность метода, а также стойкость вносимого изображения - цифрового водяного знака к геометрическим преобразованиям, обычно осуществляемым при работе с картографическими данными: сдвигу, масштабированию, повороту и кадрированию.
Бесплатно
Новый метод обнаружения и устранения случайнозначного импульсного шума на изображениях
Статья научная
В работе предложен метод детектирования и последующего устранения импульсного шума на изображениях, в котором вводится понятие сходства между пикселями как функции расстояния и разницы в значениях яркости в локальном окне детектора. Рассматривается модель импульсного шума, в которой искаженные пиксели принимают случайные значения, а также случайным образом возникают на изображении. Пиксели, которые были отмечены как искаженные импульсным шумом, восстанавливаются адаптивным медианным фильтром. Импульсные искажения детектируются в окне детектора, размер которого рассчитан по евклидовой метрике и увеличивается с ростом интенсивности шума на изображении. В экспериментальной части представлено сравнение между известными и предлагаемым методами на трёх изображениях для трех различных интенсивностей импульсного шума. В приближении на фрагментах изображений видно, что предлагаемый метод наилучшим образом справляется с задачей, что было также подтверждено численными оценками качества фильтрации импульсного шума на изображении на основе пикового отношения сигнала к шуму и индекса структурного сходства. Предлагаемый метод может найти применение в задачах очистки изображений в условиях искажающего импульсного воздействия и для устранения искажений от неблагоприятных погодных эффектов, таких как капли дождя и снег.
Бесплатно
Статья научная
Обоснована необходимость разработки малогабаритного рефрактометра с дифференциальной кюветой Андерсона для экспресс-контроля состояния жидких сред с высокой точностью в реальном времени. Обозначены проблемы, которые возникают при определении оптимальных параметров конструкции оптической части рефрактометра для уменьшения погрешности измерения показателя преломления в диапазоне от 1,2300 до 2,2300. Впервые выведено уравнение для исследования изменения траектории оси лазерного излучения как в кювете Андерсона, так и за её пределами от различных её параметров, значений показателей преломления эталонной ns и исследуемой nm жидкой среды. Отмечено, что для решения задачи определения оптимальных параметров дифференциальной кюветы Андерсона необходимо получить аналитическое выражение для показателя преломления nm исследуемой среды от изменения всех параметров оптической части рефрактометра. Разработана конструкция малогабаритного рефрактометра дифференциального типа для проведения измерений, и представлены результаты исследования различных жидких сред. Экспериментально подтверждена погрешность измерения показателя преломления 0,0002 в разработанной конструкции рефрактометра. Определены направления исследований для уменьшения погрешности измерения показателя преломления, чтобы использовать разработанную конструкцию дифференциального рефрактометра для научных исследований и в качестве поверочной схемы в метрологии.
Бесплатно
Новый метод синтеза множеств точек многомерного пространства с малым отклонением
Статья научная
Современные подходы к решению задач фотореалистического синтеза изображений основаны на использовании методов квази-Монте Карло. Эффективность этих методов зависит от свойств множества точек многомерного пространства. Существующие методы синтеза множеств точек многомерного пространства с малым отклонением позволяют генерировать множества, величина звездного отклонения которых увеличивается с ростом размерности генерируемого множества. В работе предлагается новый метод синтеза множеств точек многомерного пространства, основанный на использовании канонических систем счисления. Показывается, что предложенный метод позволяет в определенном смысле преодолеть так называемое "проклятие размерности".
Бесплатно
Статья научная
Обоснована необходимость разработки оптического метода для исследования смесей из летучих углеводородных сред в экспресс-режиме. Отмечены проблемы, которые возникают при экспресс-контроле состояния смесей из летучих углеводородных сред с использованием явления рефракции. Разработан новый оптический метод определения состояния летучих углеводородных сред и их смесей. Использование нового метода позволяет определить, кроме отклонения состояния исследуемой среды от стандартного, также её состав и процентное содержание углеводородных компонентов, из которых состоит данная смесь. Для практической реализации нового оптического метода разработана новая конструкция мобильного рефрактометра. Отмечены особенности проведения измерений показателя преломления смесей из летучих углеводородных сред с использованием изображений границы свет-тень в конструкции рефрактометра. Представлены результаты экспериментальных исследований различных летучих углеводородных сред и их смесей.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе мы предлагаем алгоритм натурального градиентного спуска с импульсом на основе распределений Дирихле для ускорения обучения нейронных сетей. Данный подход учитывает не только направления градиентов, но и выпуклость минимизируемой функции, что значительно ускоряет процесс поиска экстремумов. Представлены вычисления натуральных градиентов, базирующихся на распределениях Дирихле, и реализовано внедрение предложенного подхода в схему обратного распространения ошибок. Результаты по распознаванию изображений и прогнозированию временных рядов во время проведения экспериментов показывают, что предложенный подход дает более высокую точность и не требует большого количества итераций для минимизации функций потерь, по сравнению с методами стохастического градиентного спуска, адаптивной оценки момента и адаптивным по параметрам диагональным квазиньютоновским методом для невыпуклой стохастической оптимизации.
Бесплатно
Статья научная
Обоснована необходимость разработки нового надежного и простого в реализации метода экспресс-контроля состояния биологических растворов в реальном времени для решения различных задач в медицине, биологии и смежных с ними областях. Разработан новый метод для определения параметров биологических растворов с использованием оптических и рефрактометрических измерений и новой методики обработки данных. На примере экспресс-контроля состояния пробы мочи человека рассмотрен принцип работы нового метода. По измеренным значениям показателя преломления n на разных длинах волн лазерного излучения и с использованием полученных нами градуировочных коэффициентов в пробе определяются плотность, осмолярность, размер белковых соединений и концентрация твердых частиц. Подтверждена возможность использования разработанного метода для достоверного определения этих четырех параметров по измеренным значениям n в диапазоне температуры от 15 до 32 °С. Это позволяет получить дополнительные данные для определения градуировочных коэффициентов, что обеспечивает определение плотности, осмолярности, размера белковых соединений и концентрации твердых частиц с погрешностью менее 0,5% по измеренным значениям n на четырех длинах волн лазерного излучения с использованием только одного прибора (рефрактометра). В промышленных приборах для экспресс-контроля осмолярности и плотности точность измерения меньше, остальные два параметра измеряются только с использованием лабораторных приборов. Для реализации нового метода была модернизирована конструкция рефрактометра, работающего на явлении полного внутреннего отражения, и разработана экспериментальная установка на основе гониометра. Представлены результаты исследования образцов мочи в экспресс-режиме.
Бесплатно
