Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2382
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
Статья научная
Предложена полностью симметричная схема формирователя цилиндрических векторных пучков, в которой два дифракционных аксикона и помещённый между ними интерференционный поляризатор образуют сэндвич-структуру минимально возможной толщины. Проведён расчёт и экспериментальное исследование интерференционного поляризатора для формирования радиально-поляризованного излучения на длине волны 1530 нм. Изготовлена пара амплитудных дифракционных аксиконов с периодом 3,62 мкм, соответствующим требуемому углу дифракции 24,5° для формирования радиальной поляризации. Экспериментально продемонстрировано преобразование пучка с круговой поляризацией в радиально-поляризованный вихревой пучок.
Бесплатно
Полуавтоматическая установка для формирования микрорельефов на торцах галогенидных ИК-волноводов
Статья научная
В работе рассматривается полуавтоматическая установка для формирования микрорельефов на торцах галогенидных ИК - волноводов, ее конструкция и технические характеристики.
Бесплатно
Статья научная
Проанализировано развитие и проведен сравнительный анализ источников света. Представлены принципы создания, элементы конструкции и технологии изготовления светодиодов и светодиодных устройств белого цвета свечения (полупроводниковых ламп), динамика рынка светодиодов.
Бесплатно
Статья научная
В статье предлагается новая полухрупкая система встраивания цифровых водяных знаков для защиты изображений, обладающая возможностью локализации несанкционированных искажений и восстановления искаженных фрагментов изображения. Система адаптирована к методу компрессии HGI и, подобно ему, использует иерархическую структуру изображения при встраивании информации. Отличие заключается в замене этапа квантования постинтерполяционных остатков, присутствующего в HGI, специальным квантователем, основанным на методе Quantization Index Modulation. В результате встроенный водяной знак становится устойчивым к компрессии HGI вплоть до заданного пользователем уровня искажений, вносимых при сжатии. Проведенные эксперименты демонстрируют необходимость выбора баланса между качеством защищенного изображения и точностью локализации возможных изменений. Помимо отыскания маски искажённых областей, предлагаемая система позволяет восстанавливать искажённые фрагменты с приемлемым качеством за счёт встраивания данных исходного изображения в качестве водяного знака на других иерархических уровнях. Разработанная система может использоваться для защиты изображений дистанционного зондирования и медицинских изображений от злонамеренных искажений.
Бесплатно
Получение цветных изображений системой на основе трех дифракционных линз
Статья научная
Возможность существенно снизить массу и стоимость систем технического зрения приводит к появлению большого числа работ, посвященных разработке новых изображающих систем на основе дифракционной оптики. В рамках настоящей работы предложена новая изображающая система из трех дифракционных линз, каждая из которых формирует один канал цветного RGB-изображения. Такой подход позволяет существенно сузить спектральный диапазон каждой линзы и таким образом существенно снизить искажения изображения, вызванные хроматической аберрацией, присущей дифракционной оптике. Показано, что такая схема позволяет провести нейросетевую реконструкцию, существенно повышающую качество получаемого изображения. Для минимизации артефактов реконструкции на изображениях реальных сцен в работе используется аугментация обучающей выборки, а также предложен критерий ложных контуров, позволяющий учитывать реальные данные в процессе обучения сети.
Бесплатно
Поля и спектры одномерного фотонного кристалла с дефектом инверсионного типа
Статья научная
Исследуется влияние дефектов инверсионного типа на спектр одномерного фотонного кристалла. Показано, что характер и степень локализации волнового поля в области дефекта, а также положение спектральной линии дефектной моды, форма и её интенсивность существенно зависят от соотношения толщин слоёв и диэлектрических проницаемостей (ДП) в периоде структуры, значения ДП в дефекте, числа полных периодов, положения и количества дефектов в структуре. Обсуждается возможность формирования спектральной линии дефектной моды заданной формы.
Бесплатно
Статья научная
В статье впервые исследована проблема межмодовой дисперсии внутри группы оптических вихрей с азимутальным числом, которое больше или равно 1, в циркулярных оптических волокнах. Установлено, что дисперсия между оптическими вихрями с топологическим зарядом ± 1 отсутствует, а между оптическими вихрями с топологическим зарядом больше 1 имеет место как стандартная поляризационная, так и дисперсия принципиально нового типа - топологическая модовая дисперсия. Численно исследована зависимость дисперсии оптических вихрей от длины волны излучения при различных параметрах для волокон с градиентным и ступенчатым профилем показателя преломления. Установлена возможность реализации режима нулевой топологической и поляризационной дисперсии оптических вихрей в волокнах со ступенчатым профилем.
Бесплатно
Поляризационная лента Мёбиуса в остром фокусе обобщенного пучка Пуанкаре
Статья научная
На основе формализма Ричардса–Вольфа рассмотрена острая фокусировка обобщенного пучка Пуанкаре. Получены аналитические выражения для проекций вектора напряженности электрического поля в плоскости фокуса. На примере суперпозиции плоской волны с правой круговой поляризацией и оптического вихря с топологическим зарядом –1 и левой круговой поляризацией получены выражения для распределения интенсивности и продольной проекции вектора спинового углового момента в остром фокусе. Теоретически и численно показано, что у начального пучка будет топологический заряд –1/2 и в плоскости фокуса в центре имеется С-точка (точка с круговой поляризацией, которая вдоль оптической оси создает С-линию) с индексом сингулярности –1/2 (звезда), а вектор большой оси эллипса поляризации при обходе вокруг оптической оси по окружности некоторого радиуса образует поляризационную одностороннюю полоску (ленту) Мёбиуса порядка –3/2, имеющую три полуоборота и одну «склейку», в которой рядом находятся два вектора большой оси эллипса поляризации, направленные в противоположенные стороны.
Бесплатно
Поляризационные и фокусирующие свойства отражающей бинарной линзы Френеля
Статья научная
Экспериментально исследовано влияние на фокусирующие свойства серебряной бинарной микролинзы Френеля (БЛФ) распределения поляризации отражённого пучка при падении на БЛФ линейно-поляризованного лазерного света. Данная линза диаметром 200 мкм изготовлена по современной мембранной технологии, предназначена для рентгеновского излучения и имеет крайнюю зону размером 287 нм. Исследование фокусирующих свойств рентгеновской линзы в видимом диапазоне проводится впервые. Показано, что в отражённом свете появляется составляющая поляризации, перпендикулярная направлению поляризации падающего света. Это приводит к перераспределению интенсивности между фокусами на оптической оси. Причём для разных длин волн поляризационная структура отражённого света разная, и поэтому появляются фокусы разных порядков на разном расстоянии от линзы: для длины волны 405 нм фокусы нулевого и пятого порядков ( f = 330 мкм, f 5 = 30 мкм), для длины волны 445 нм фокусы нулевого и третьего порядков ( f = 250 мкм, f 3 = 40 мкм), для длины волны 663 нм только фокус нулевого порядка ( f = 105 мкм).
Бесплатно
Поляризация при смешанном отражении в задаче трёхмерного сканирования объектов
Статья научная
Предлагается новый метод разделения отраженной и рассеянной компонент света, а также оценки отражательных свойств объекта (включая коэффициент преломления), основанный на фундаментальной разнице в свойствах поляризации рассеянной и отражённой компонент. Метод базируется на информации о положении камеры и информации о поляризации света в каждом из положений. В конечном итоге предложенный метод позволяет также восстановить трёхмерную форму объекта. Показанные результаты дают достаточно высокую точность разделения компонент по сравнению с ранее предложенными методами и, в отличие от них, базируются на фундаментальных принципах отражения света.
Бесплатно
Помехоустойчивость алгоритмов приёма сигналов с многоимпульсной позиционно-импульсной модуляцией
Статья научная
В работе предложен алгоритм оценки временных положений и амплитуд импульсов периодической последовательности по незначительному количеству отсчётов, число которых определяется только числом этих импульсов. Рассмотрена работа этого алгоритма в случае, когда фильтром, ограничивающим спектр исходного сигнала, является идеальный фильтр низких частот, а также фильтр Найквиста и определены условия перехода от одного фильтра к другому. Исследована эффективность предложенного алгоритма на основе анализа зависимости рассеяния оценки временных положений и амплитуд от отношения сигнал/шум и числа импульсов последовательности. Показано, что с этой точки зрения эффективность работы алгоритма снижается с ростом числа импульсов последовательности и уменьшением отношения сигнал/шум. Отмечено, что предложенный алгоритм, в отличие от классического алгоритма максимального правдоподобия, не требует поиска максимума функции большого числа переменных, и в то же время характеристики оценок оказываются практически одинаковыми для обоих этих методов. Показано также, что точность оценки предложенного алгоритма может быть повышена за счёт незначительного увеличения количества отсчётов сигнала. Полученные результаты могут быть использованы при практическом проектировании лазерных систем связи, в которых в качестве метода передачи сообщений используется многоимпульсная позиционно-импульсная модуляция.
Бесплатно
Поперечная интенсивность в остром фокусе цилиндрического векторного пучка второго порядка
Статья научная
С помощью сканирующего ближнепольного оптического микроскопа исследовалась область обратного потока энергии, формируемого сфокусированным амплитудной зонной пластинкой цилиндрическим векторным пучком второго порядка. Сравнение распределения интенсивности, детектируемого пирамидальным металлизированным кантилевером с отверстием, и характеристик светового поля, рассчитанных с помощью метода FDTD и формул Ричардса-Вольфа, позволяет говорить о чувствительности кантилевера к поперечной составляющей интенсивности, а не суммарной интенсивности или компонентам вектора Пойнтинга в области обратного потока энергии.
Бесплатно
Поперечнослойное разделение искусственных нейронных сетей для классификации изображений
Статья научная
В статье рассматриваются задачи модульного обучения искусственных нейронных сетей, а также исследуются возможности частичного использования модулей в условиях ограниченных вычислительных ресурсов. Предлагаемый метод основывается на свойствах вейвлет-преобразования по разделению информации на высокочастотную и низкочастотную части. Используя наработки по вейвлет-преобразованию на основе сверточного слоя, авторы осуществляют поперечнослойное разделение сети на модули для дальнейшего частичного использования их на устройствах с малой вычислительной мощностью. Теоретическое обоснование такого подхода в статье подкрепляется экспериментальным разделением базы MNIST на 2 и 4 модуля и их последовательным использованием с замером точности и производительности. Выигрыш в производительности составил 2 и более раза при использовании отдельных модулей. Также с помощью AlexNet-подобной сети с использованием набора данных GTSRB проверены предложенные теоретические положения, при этом выигрыш производительности одного модуля составил 33 % без потери точности.
Бесплатно
