Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
Повышение точности измерения температуры по тепловизионным изображениям
Статья научная
Для повышения точности дистанционного косвенного метода измерения температуры используется многооткликовая регрессионная модель зависимости амплитуд пикселей тепловизионного изображения от температуры. Полученная модель позволяет рассчитать общую оценку температуры и её дисперсию по всем пикселям и с учётом корреляционных связей ошибок наблюдений амплитуд.
Бесплатно
Повышение энергоэффективности нейросетевых вычислений с использованием NVDLA на ПЛИС
Статья научная
На сегодняшний день актуальна проблема создания высокопроизводительных и энергоэффективных аппаратных платформ для решения задач искусственного интеллекта. Популярным решением этой проблемы является использование ускорителей глубокого обучения для запуска нейросетей, таких как графические процессорные устройства и тензорные процессорные устройства. Компания NVIDIA предлагает программный комплекс NVDLA, позволяющий конструировать нейросетевые ускорители на базе открытого исходного кода. Данная статья описывает полный цикл создания прототипа ускорителя NVDLA на ПЛИС, а также тестирование полученного решения путем запуска на нем нейронной сети resnet-50. В завершение предоставляется оценка производительности и энергопотребления прототипа NVDLA ускорителя относительно GPU и CPU, результаты которой показывают превосходство NVDLA по многим характеристикам.
Бесплатно
Повышение эффективности анализа изображений МРТ головного мозга с использованием отбора признаков
Статья научная
В данной статье рассматривается возможность повышения качества анализа изображений МРТ головного мозга в различных режимах сканирования путем использования алгоритмов жадного отбора признаков. Всего было рассмотрено пять последовательностей МРТ. Формирование текстурных признаков производилось с использованием програм-много комплекса MaZda. С использованием алгоритма рекурсивного отбора признаков удалось повысить точность определения типа опухоли с 69 % до 100 %. С помощью комбинированного алгоритма отбора признаков удалось повысить точность определения необходимости лечения пациента с 60 % до 78 % и с 81 % до 88 % в случае использования дополнительного класса, содержащего в себе данные пациентов, у которых точный результат лечения не известен. Использование текстурных признаков в совокупности с признаком, отвечающим за тип менингиомы, позволило однозначно определить необходимость лечения пациента.
Бесплатно
Статья научная
Классификация типов подстилающей поверхности по мульти- и гиперспектральным изображениям традиционно осуществляется на основе анализа диаграмм рассеяния значений пикселей в многомерном пространстве признаков, в качестве которых используются яркости в отдельных каналах. Для повышения достоверности классификации используются подходы, основанные на учете характеристик каждого пикселя и пикселей его ближайшей окрестности, т.е. на совместном анализе спектральных и пространственных признаков. В данной работе на тестовом гиперспектральном изображении выполнены исследования эффективности методов спектрально-пространственной классификации данных, учитывающих пространственную информацию на различных этапах обработки. Особое внимание уделено подбору размера ядра пространственной обработки. Продемонстрировано, что включение в анализ окрестностей пикселей на любом этапе повышает точность классификации, однако наибольшую эффективность демонстрируют методы предварительной обработки исходных данных. При этом лучшие результаты достигаются при сочетании предварительной обработки сырых данных (до выполнения процедур попиксельной спектральной классификации) и апостериорной обработки результирующих картосхем. Отмечена перспективность многомасштабного сглаживания исходных изображений с кратным количеству масштабов увеличением числа спектрально-пространственных признаков, позволяющего исключить процедуру предварительного подбора масштаба пространственной обработки.
Бесплатно
Подавление ложноположительных обнаружений лиц в видеопотоках систем видеонаблюдения
Статья научная
Данная работа посвящена задаче фильтрации ложноположительных обнаружений лиц людей в видеопотоках систем видеонаблюдения. Предлагается два подхода для подавления ложноположительных обнаружений в фоновых участках кадра: первый заключается в адаптации детектора под наблюдаемый видеопоток, а второй представляет собой постобработку выхода детектора за счёт анализа частоты обнаружения похожих частей кадра. Мы используем в качестве базового каскадный детектор, но метод может быть применён к другим алгоритмам. Экспериментальное оценивание показывает, что предложенные методы улучшают и точность, и полноту, при этом время работы детектора сокращается на 47 %.
Бесплатно
Подавление пространственно-временных неустойчивостей излучения широкоапертурных лазеров класса B
Статья научная
В данной работе проведено исследование пространственно-временных неустойчивостей стационарной генерации широкоапертурных лазеров класса B. Аналитически найдены условия возникновения филаментационной неустойчивости и её пространственно-временные характеристики. Рассмотрены возможности стабилизации лазерной генерации при изменении управляющих параметров. Показано, что эффективное подавление неустойчивых гармоник поля может достигаться при инжекции в резонатор внешнего оптического излучения.
Бесплатно
Подготовка поверхности подложек для изготовления ДОЭ методом послойного наращивания фоторезиста
Статья
Бесплатно
Статья научная
Мониторинг параметров геомагнитного поля и его вариаций осуществляется главным образом с помощью наземных магнитных обсерваторий и вариационных станций. Однако несовершенство применяемой аппаратуры и задействованных каналов связи обусловливает наличие пропусков во временных рядах геомагнитных данных, что, наряду с пространственной анизотропией источников данных, создаёт значимые препятствия на пути их автоматизированной обработки. При этом известные методы импутации пропусков во временных рядах обеспечивают среднеквадратическую ошибку восстановления, существенно превышающую уровень, принятый для такого рода геофизических наблюдений. В настоящей работе предложен метод восстановления геомагнитных данных, основанный на статистических методах обработки временных рядов и принципах машинного обучения с использованием размеченных данных. Его отличительной особенностью является то, что признаковым описанием фрагмента временного ряда выступает пара предшествующего и следующего за ним фрагментов того же ряда, в совокупности образующих обучающую выборку для поиска недостающего фрагмента по набору его признаков с последующим линейным масштабированием для восстановления исходного тренда информационного сигнала. Приводятся оценки параметров временных рядов геомагнитных данных, при которых возможно применение предложенного метода для восстановления как суточных вариаций, так и фрагментов длительностью в несколько минут.
Бесплатно
Подход к динамической визуализации разнородных геопространственных векторных изображений
Статья научная
Одной из известных проблем геоинформационных программных библиотек при визуализации геопространственных данных является низкая эффективность и ограниченность покадрового изменения группы пространственных слоев с временной привязкой. Среди наиболее значимых трудностей визуализации можно отметить невозможность синхронного переключения группы пространственных слоев по временному параметру, что негативно сказывается на результатах оценки временной анизотропии соответствующих пространственных данных. Проблема усугубляется также разнородностью пространственной информации, что выражается в шагах дискретизации, форматах, используемых геопространственных примитивах. Выявленная проблема существенно затрудняет решение задач, связанных с анализом пространственно-временной информации в различных научных и прикладных областях. Ярким примером тому является решение задачи анализа пространственно-временной анизотропии геофизической информации, что с точки зрения визуализации, предполагает возможность оценки ретроспективных данных в динамическом режиме за заданный временной интервал. В работе предложен подход, позволяющий выполнить интеграцию разнородных векторных геопространственных данных для последующих обработки, анализа и визуализации. Эффективность разработанного подхода была подтверждена на примере веб-приложения, обеспечивающего визуализацию геопространственного изображения в виде комплекса пространственных полилиний произвольных данных, а также при решении задачи анализа пространственно-временных вариаций геофизических данных.
Бесплатно
Подход к обнаружению и устранению артефактов пространственных изолиний в приложениях веб-ГИС
Статья научная
Одной из распространенных проблем современных геоинформационных веб-ориентированных библиотек и интерфейсов при построении пространственных изолиний является присутствие в результирующем наборе множественных артефактов, в частности, разомкнутых линий уровня. Как следствие, сформированный набор пространственных изолиний после процедуры веб-рендеринга затрудняет анализ пространственного распределения соответствующих параметров, с одной стороны, и снижает качество рендеринга пространственного изображения, с другой. При этом особенно критичны артефакты пространственных изолиний для больших объемов данных. В работе предложен подход, позволяющий выполнить корректировку программно сформированных изолиний посредством идентификации разомкнутых линий и их последующего выборочного соединения либо замыкания. С точки зрения программной реализации представленный подход практически не изменяет времени отклика серверных сценариев. Эффективность разработанного подхода была подтверждена на примере веб-приложения, обеспечивающего визуализацию геопространственного изображения в виде комплекса пространственных изолиний геофизических параметров в области аврорального овала.
Бесплатно
Статья научная
В статье исследуется возможность получения прозрачного объемного нанокристаллического ситаллового стекла c 3D-градиентом линейного коэффициента преломления для изготовления рабочего тела (смесителя) оптического устройства управления диаграммой направленности антенной решетки. Изначальный материал являлся двухфазным. Описаны режимы обработки материала, представлены фотографии полученных образцов. Выявлен оптимальный способ обработки, включающий выбранные режимы нагрева и охлаждения образцов. Выполнен анализ степени деформации наноструктурной обработки образцов.
Бесплатно
Подход к построению коммутаторов оптических сигналов, управляемых оптическим излучением
Статья научная
Настоящая статья посвящена исследованию возможности создания коммутаторов оптических сигналов, управляемых дополнительно подаваемым оптическим излучением. Предполагается, что управляющее излучение изменяет показатель преломления оптической среды устройства, а с ним и длину волны информационного излучения. Для контроля последней используется многолучевой интерферометр. Проведена краткая оценка технических аспектов построения устройства. Анализ показал, что интерференционный коммутатор принципиально технически реализуем. К основным его недостаткам можно отнести наличие постоянной составляющей в интерференционной картине и искажение действием интерференции и нелинейных оптических эффектов цифрового оптического сигнала.
Бесплатно
Подходы к алгоритмизации строгого метода связанных волн
Статья научная
Выведены коэффициенты Фурье в разложении в ряд диэлектрической проницаемости линейно-пилообразного рельефа с положительным тангенсом угла наклона рабочей поверхности и с вертикальным обратным скатом, необходимые для алгоритмизации и реализации строгого метода связанных волн. Описаны и сравнены по устойчивости и эффективности подходы к реализации строгого метода связанных волн: подход целенаправленного преобразования матрицы пропускания и подход Гауссовых сокращений. Сделан вывод, что оптимальным подходом для определения дифракционной эффективности в случае пилообразной микроструктуры, глубина рельефа которой одного порядка с пространственным периодом, является подход целенаправленного преобразования матрицы пропускания.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены различные подходы к обработке изображений и видео с целью решения задач обнаружения, слежения и оценки параметров движущихся объектов. Описаны разработанные алгоритмы решения обозначенных задач применительно к области транспортной аналитики. При разработке алгоритмов внимание было уделено решению задач на внутренней платформе камер видеонаблюдения, что накладывает ограничения на вычислительную сложность. Первый алгоритм (базовый) выполняет обнаружение и оценку параметров движущихся объектов и основан на обработке двух связанных зон изображения. Данный алгоритм включает вычислительно эффективную и адаптивную процедуру оценки и обновления фоновой составляющей изображения на основе физики процесса движения объекта интереса через зону обработки. Второй алгоритм выполняет слежение за объектом на основе метода оптического потока, инициализированного особыми точками. Третий алгоритм основан на прослеживании сегментов объекта, невысокая сложность алгоритма позволяет реализовать его на внутренней платформе интеллектуальных камер. Приведены результаты экспериментальных исследований предложенных алгоритмов, также проведено сравнение с некоторыми алгоритмами, представленными в литературе. Показано, что алгоритмы слежения позволяют повысить точность обнаружения и оценки параметров движущихся объектов, а также сократить вероятность ошибок классификации по сравнению с базовым подходом.
Бесплатно
Поиск дубликатов на цифровых изображениях
Статья научная
В статье предлагаются два алгоритма поиска на изображениях неискажённых дубликатов – полностью совпадающих прямоугольных фрагментов. Оба алгоритма используют представление данных фрагмента в виде значения хэш-функции, но используют различные математические принципы для её построения: теоретико-вероятностный и теоретико-числовой. В работе представлено сравнение предложенных алгоритмов, а также даны рекомендации по их применению.
Бесплатно
Поиск объектов на изображении с использованием морфлетных описаний
Статья научная
В работе предлагается оригинальный метод поиска объектов на основе деревьев морфлетов. Метод позволяет устойчиво обнаруживать объекты различной природы на изображении и не требует предварительного обучения. При этом, помимо выделения объемлющего прямоугольника, одновременно с обнаружением происходит предварительная сегментация, которая в дальнейшем может использоваться при распознавании. Другой важной особенностью предлагаемого подхода является отсутствие необходимости использования скользящего окна, а также пирамиды признаков для выделения разномасштабных объектов.
Бесплатно
Поиск объектов на изображениях с использованием структурного дескриптора на основе графов
Статья научная
В работе рассматривается разработка структурного дескриптора для поиска объектов на изображениях. Дескриптор построен на основе графа, вершинами которого являются центры масс сегментов особенностей. Для вложения графа в векторное пространство используется преобразование Юнга - Хаусхолдера. Предложенный способ вложения графа в векторное пространство базируется на методах дифференциальной геометрии. Для описания связи между точками используются составные кривые. Граф изображения описывается матрицей параметров кривизны. С помощью метрики Хаусдорфа вычисляется матрица расстояний для графов объекта-кандидата и объекта-эталона. Для представления результатов используется метод многомерного шкалирования. Для исследования разработанного подхода были использованы изображения тестовых объектов и изображения лиц людей. При обнаружении головы человека на изображениях сравнение разработанного дескриптора осуществлялось с методом Виолы - Джонса. Достоинством разработанного подхода является инвариантность к повороту изображения на плоскости при поиске объектов. Также дескриптор позволяет обнаруживать объекты с углом поворота в пространстве до 50 градусов. Использование центров масс сегментов особенностей в качестве вершин графа значительно повышает устойчивость подхода при изменении ракурса съёмки по сравнению с подходом, в котором вершинами графа являются особые точки изображения.
Бесплатно
Поиск редких данных в задаче распознавания лиц на изображениях
Статья научная
Одной из основных проблем современных нейросетевых дескрипторов в задаче идентификации лиц является малое число обучающих примеров определенного типа: изображения плохого качества, разный масштаб или освещение, лица детей, пожилых людей, редкие расы. В результате точность распознавания оказывается низкой для входных изображений, не похожих на большинство изображений в наборе данных, используемом для настройки метода извлечения признаков. В работе предлагается способ преодоления такой проблемы за счет автоматического обнаружения нетипичных входных изображений на основе введения предварительного этапа их автоматической отбраковки. Для этого используется специальная свёрточная сеть, обученная на наборе редких данных, которые обрабатывались с помощью известных алгоритмов преобразования изображений. Для повышения вычислительной эффективности решение о наличии редкого изображения принимается на основе того же дескриптора лица, который используется в классификаторе. Экспериментальное исследование подтвердило преимущества в точности предложенного подхода для нескольких наборов данных лиц и современных нейросетевых дескрипторов.
Бесплатно
Полностью волоконный вентиль SWAP-CNOT для оптических вихрей
Статья научная
В данной работе исследовано распространение оптических вихрей в системе оптических волокон, состоящей из последовательно расположенных мультигеликоидального и скрученного анизотропного волокон. Показано, что в определенных резонансных режимах оптических волокон такая система позволяет осуществлять контролируемое изменение знака топологического заряда и циркулярной поляризации входного оптического вихря. Кроме того, установлены параметры мультигеликоидального и анизотропного волокон, при которых исследуемая система реализует логическую операцию, которая соответствует последовательному применению базовых двухкубитовых вентилей SWAP и CNOT над состояниями циркулярно поляризованных оптических вихрей.
Бесплатно
