Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2572
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
Номер скирмиона для обобщенного векторного пучка Пуанкаре
Статья научная
Исследованы два начальных векторных поля типа пучков Пуанкаре, которые можно рассматривать как оптические скирмионы – топологические квазичастицы. Для них получены явные выражения для проекций трёхмерного векторного поля скирмиона в начальной плоскости и номера скирмионов, которые пропорциональны топологическим зарядам оптических вихрей, входящих в пучки Пуанкаре. Получена новая конструктивная формула для эффективного расчета номера скирмиона через проекции нормированного вектора Стокса, а не через проекции векторного поля скирмиона. Номера скирмионов, рассчитанные по известной и новой формуле, совпадают. Показано также, что номера каждой проекции трёхмерного векторного поля скирмиона равны одной третьей от полного номера скирмиона. Моделирование подтверждает выводы теории.
Бесплатно
Нормализация изображении движущихся объектов при последовательной регистрации RGB-каналов
Статья научная
Разрабатывается алгоритм нормализации изображений движущихся объектов, полученных в результате последовательной регистрации RGB-каналов. Алгоритм позволяет объединять разноцветные копии движущихся объектов и вьгаислять их характеристики. Алгоритм основан на использовании взаимосвязи координат, размеров и ориентации разноцветных копий объектов.
Бесплатно
О влиянии относительного размера изображения на погрешность определения координат
Статья научная
В статье исследуется влияние размеров проекции точечного источника света на погрешность определения координат ее центра при проецировании на фоточувствительную матрицу. С помощью имитационного моделирования построены зависимости погрешности определения координат от величины радиуса рассеяния проекции для различных положений источника света относительно приемной структуры. Проанализированы характеристики работы двух алгоритмов определения координат: методом максимального правдоподобия и методом "центр тяжести". Сделаны выводы об оптимальном отношении радиуса рассеяния к размеру элементарного фотоприемника для достижения наименьшей погрешности координат.
Бесплатно
О влиянии переменного магнитного поля на диэлектрические свойства полупроводника
Статья научная
Представлен усредненный тензор электропроводности плазмоподобной среды в переменном магнитном поле. Определены поправки к диэлектрической проницаемости в квазиизотропной ситуации, когда среднее за период магнитное поле равно нулю. Результаты конкретизированы для случая возбуждения магнитного поля системой коммутируемых токов, что представляет интерес в проблемах создания управляемых дифракционных решеток. Найдены оптимальные геометрические соотношения, позволяющие получить максимальный отлик среды.
Бесплатно
О возможности узконаправленного выброса вещества при взрывах сверхновых
Статья научная
В работе проделана оценка вероятности влияния взрывов Сверхновых на образование эруптивных комет в системах планет-гигантов. Показано, что одним из возможных результатов взрыва Сверхновой может стать образование радиоактивных космических тел, падение которых на Землю приводит катастрофам. В частности, Тунгусское космическое тело с высокой степенью вероятности является отдаленным последствием взрыва Сверхновой, в результате которого образовалась Крабовидная туманность.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен один из путей расширения функциональных возможностей многомодовых волоконно-оптических систем передачи информации, базирующийся на естественных особенностях распространения электромагнитных волн в многомодовых световодах: дискретно-модовом характере распространения и модовой дисперсии. Предложено исходный сигнал преобразовывать в распределение состава возбуждаемых в световоде мод и сигнал, передаваемый каждой модой, рассматривать как дискретный марковский процесс на два состояния. Оценена максимальная дальность передачи в условиях активизации межмодовой связи за счет изгибов оси волокна, определены условия, допускающие корректное решение задачи определения максимальной дальности. Показаны преимущества временного анализа сигнала, передаваемого в виде импульсов одинаковой длительности и амплитуды, возбуждающих различное число мод.
Бесплатно
О восстановлении формы оптической поверхности по заданному отображению
Статья научная
Разработан новый метод восстановления отражающей (преломляющей) поверхности по заданному отображению, определяемому соотношениями между направлениями падающих и отраженных (преломленных) лучей. Метод основан на представлении поверхности в виде огибающей семейства параболоидов (случай отражающей поверхности) или эллипсоидов (случай преломляющей поверхности). Выбранное представление сводит задачу расчёта оптической поверхности к восстановлению функции по полному дифференциалу вне зависимости от используемой системы координат. Предложенный метод проиллюстрирован на примерах расчёта зеркал для формирования постоянного распределения интенсивности в квадратной области в дальней зоне. Результаты расчёта показывают, что предложенный метод позволяет получить распределение хорошего качества даже при невыполнении условия интегрируемости.
Бесплатно
О вычислительной эффективности алгоритма спектрального расщепления проверки изоморфизма графов
Статья научная
Мы рассматриваем эвристический алгоритм проверки изоморфизма графов. Алгоритм основан на последовательном расщеплении кратных собственных значений матриц, сопоставленных графам: матрицы, с которыми работает алгоритм, представляют собой модификации матриц смежности графов. Алгоритм строится на последовательном возмущении матриц и решении связанных с ними систем линейных алгебраических уравнений. Матрицы видоизменёны до положительно определенных, что позволяет решать системы линейных уравнений, связанные с ними. Доказывается вычислительная эффективность алгоритма в одной из принципиально тяжелых для решения задачи проверки изоморфизма графов ситуаций.
Бесплатно
О двух механизмах формирования изображения
Статья научная
Известны два различных описания процесса формирования изображения трехмерной голограммой как результат отражения излучения от изофазных слоев и как результат дифракции излучения на поперечной периодической структуре. Показано, что они соответствуют различным механизмам, благодаря которым формируются пространственно несовпадающие изображения. На основе данных представлений рассмотрена возможность получения ахроматического киноформа реальных оптических полей.
Бесплатно
О дифракции оптического пучка на брэгговской решётке с дефектным слоем
Статья научная
Рассмотрена дифракция трёхмерного оптического пучка на резонансной многослойной структуре (брэгговской решётке с дефектным слоем). Показано, что указанная структура позволяет вычислять пространственный оператор Лапласа при отражении нормально падающего оптического пучка. Представленные результаты численного моделирования показывают высокое качество вычисления оператора Лапласа. Кроме того, описан вид преобразования пучка при прохождении через структуру.
Бесплатно
О классификации космических снимков Sentinel-2 нейронной сетью Resnet-50
Статья научная
В работе исследовано изменение точности классификации спутниковых изображений при различных комбинациях параметров нейронной сети и набора входных данных. Проведено добавление к обучающей выборке индекса NDVI и локальных бинарных шаблонов. Выполнено тестирование классификаторов, созданных на разных количествах эпох и образцах. Определены значения гиперпараметров нейронной сети, позволяющие достичь точности классификации 0,70 и F-меры 0,65. Разделение классов с похожими спектральными характеристиками показывает низкое качество при различных параметрах и наборах входных данных. Для улучшения требуется привлечение дополнительной информации. Например, для разделения лесов на подклассы необходимо применение классификаторов, использующих изображения за разные периоды года, учитывающих вегетационный период. Кроме того, необходимо расширение обучающей выборки для учета различных природных зон, почв и т.д.
Бесплатно
О количественной оценке малых цветовых различий на цифровых изображениях
Статья научная
Рассматриваются особенности использования и возможности, предоставляемые трёхцветными колориметрами или цифровыми камерами, в задачах выявления малых цветовых различий методами компьютерного зрения. Экспериментально выявлена спектральная зависимость полных цветовых различий между парами монохроматических стимулов, цвет которых не различается визуально. Создана экспериментальная установка на основе монохроматора УМ-2, с помощью которой экспериментально построен цифровой атлас монохроматических стимулов с шагом 1 нм. Атлас служит для тестирования цветового охвата и цветоразличения камер. Экспериментально показано, что в видимом спектральном диапазоне величину цветового различия в 3 единицы обнаруживают пары стимулов, расположенные по спектру неравномерно и отличающиеся по длинам волн от 1 до 6 нм. Возможности компьютерного зрения тестируются на примерах выявления дописок при технико-криминалистической экспертизе документов. Разработан новый алгоритм для обнаружения и количественной характеризации цветового различия в дописках по цифровому фотоизображению сделанной надписи. Объективный анализ изображения предлагается разделить на блоки цветовой сегментации и оценки цветового тона и цветового различия. В такой постановке блок цветовой сегментации выполняет функции предобработки, задавая карту границ разноокрашенных классов для последующих вычислений. Метод Оцу оптимального глобального порогового преобразования впервые применён к задаче сегментации изображения по насыщенности цвета. Апробация алгоритма подтвердила его эффективность в решении экспертных задач цветоразличения.
Бесплатно
О количественной оценке эффективности алгоритмов анализа изображений
Статья научная
Статья содержит краткий обзор основных подходов к сравнительной оценке эффективности алгоритмов анализа изображений. Рассмотрены эмпирические методики сравнительного исследования эффективности детекторов границ и алгоритмов сегментации изображений, проводится анализ используемых при этом количественных критериев их оценки. Описан ряд проблем, возникающих при использовании этих критериев. Изложена эмпирическая методика EDEM (на примере сравнительного тестирования детекторов границ), реализуемая в рамках разрабатываемой авторами программной среды PICASSO.
Бесплатно
