Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2511
Применение вейвлет-преобразования для слияния многоспектральных изображений
Статья научная
Рассматривается метод слияния изображений одной и той же сцены, полученных в разных спектральных диапазонах, с формированием интегрированного монохромного изображения. Метод слияния основан на вейвлет-преобразовании исходных изображений. Предлагается стратегия объединения высокочастотных коэффициентов путём сравнения отношений их значений для всех исходных изображений. Процедура слияния не требует введения каких-либо пороговых значений и может выполняться для любого количества входных изображений. Предложенный алгоритм может быть использован в многоканальных оптико-электронных системах автоматической обработки изображений.
Бесплатно
Применение видеоспектрометрии и машинного обучения для оценки чистоты семенного материала
Статья научная
Настоящая работа посвящена разработке методики выделения примесных семян-засорителей по спектральным изображениям с помощью нейронных сетей. Эта методика отличается возможностью проведения анализа вороха семян, дифференциации близких по спектральным и морфологическим характеристикам зерен, а также оптимизацией основных этапов формирования обучающей выборки нейросетевой модели, регистрации и обработки данных. Предложена архитектура нейросетевой модели на основе последовательно идущих LSTM-ячеек и полносвязных слоев нейронов, а также подходы к выбору размера обучающей выборки, количества и положения центральных длин волн каналов видеоспектрометра, используемых в анализе, и способа сегментации спектральных изображений для формирования обучающей выборки. Разработанная методика отличается возможностью проведения анализа вороха зерна и простотой пополнения базы различаемых культур и примесей. Апробация методики на зернах пшеницы и ячменя показала высокую точность классификации (свыше 99 %) даже близких по спектральным и морфологическим признакам зерен. Предложенный подход повышает точность, производительность и объективность оценки чистоты семенного материала, не требует привлечения опытного персонала и потому будет способствовать ускорению внедрения видеоспектрометров для решения исследовательских и производственных задач агропромышленного комплекса.
Бесплатно
Применение гамильтонова формализма для решения нелинейного уравнения волоконной оптики
Статья научная
Применён гамильтонов подход для решения расширенного уравнения распространения оптических импульсов в волоконных световодах для произвольных функций отклика нелинейной среды на внешнее гармоническое возмущение. Показано, что солитонное решение является функцией гиперболического косинуса при любой нелинейности.
Бесплатно
Статья научная
Получение изображения со сканирующего туннельного микроскопа является трудоемким процессом, а формирование большой базы данных для обучения нейросетей может занимать сотни часов. Статья посвящена созданию методики автоматической генерации изображений сканирующей туннельной микроскопии, позволяющей существенно сокращать время подготовки таких баз данных. В статье выполнен анализ современных методов и средств автоматической обработки изображений, полученных с зондовых и электронных микроскопов. Предложено использовать генеративно-состязательные сети для генерации изображений, полученных с применением сканирующего туннельного микроскопа, с целью формирования обучающих баз данных изображений. Описан процесс обучения и сравнения архитектур DCGAN с применением открытых библиотек OpenCV и Keras совместно с TensorFlow, выявлена наилучшая из них посредством вычисления метрик IS, FID, KID. С использованием метода дообучения генеративно-состязательной нейросети SRGAN и билинейной интерполяции на базе языка программирования Python осуществлено масштабирование изображений, полученных с DCGAN. Анализ вычисленных количественных значений метрик показал, что наилучшие результаты генерации изображений получены с применением DCGAN96 и сети SRGAN. Таким образом, разработана методика автоматической генерации базы данных изображений сканирующего туннельного микроскопа, основанная на поэтапном применении DCGAN96 и SRGAN. Показаны результаты сегментации изображений со сканирующего туннельного микроскопа с применением сети U-Net, обученной на сгенерированной базе данных. Все вычисления производились на видеокарте GTX GeForce 1070.
Бесплатно
Применение дифракционной квазиоптики миллиметрового диапазона для исследования задач физики взрыва
Статья
Бесплатно
Статья научная
Предложено использование дополнительных входных амплитудных масок в системах оптического кодирования с пространственно-некогерентным освещением для повышения отношения сигнал/шум в декодированных изображениях и увеличения визуальной скрытности кодированных изображений. Проведено компьютерное моделирование оптического кодирования с использованием данных масок для различных полутоновых изображений и ключей кодирования с широким диапазоном параметров. Получено, что применение дополнительных входных амплитудных масок приводит к увеличению отношения сигнал/шум в декодированном изображении более чем в 2 раза, а также значительно увеличивает визуальную скрытность кодированного изображения.
Бесплатно
Статья научная
Данная работа посвящена исследованию замечательных свойств собственных подпространств оператора распространения света в линзоподобной среде.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе представлены основные аспекты применения искусственного интеллекта в офтальмологии для диагностики и лечения глазных заболеваний на примере задачи семантической сегментации изображений глазного дна. Проведено сравнение классического подхода к семантической сегментации на основе текстурных признаков и предлагаемого подхода на основе нейронных сетей. Сформулированы основные проблемы применения нейросетевого подхода в биомедицине. Предложен способ выделения оптимальной зоны лазерного воздействия для проведения операции лазерной коагуляции на основе применения двух нейронных сетей. Первая сеть применялась для выделения анатомических объектов на глазном дне, а вторая - для выделения зоны макулярного отёка. Результат формировался из области отёка с учётом расположения на ней анатомических объектов. Был проведён сравнительный анализ нескольких архитектур нейронных сетей для решения задачи выделения области отёка. Лучшие результаты выделения зоны отёка показала нейронная сеть архитектуры Unet++.
Бесплатно
Применение искусственной иммунной системы для распознавания зрительных образов
Статья научная
Рассмотрена возможность применения искусственных иммунных систем для распознавания зрительных образов. Разработан и программно реализован новый алгоритм искусственной иммунной системы, позволяющей с помощью Web-камеры в режиме реального времени распознавать такие образы. Экспериментально показано, что данная система может быть успешно применена для распознавания как лиц людей, так и любых других объектов. Обсужден вопрос о применении искусственной иммунной системы в высокопроизводительных системах параллельных вычислений. К преимуществам разработанной искусственной иммунной системы можно отнести высокую скорость обучения системы новым образам, а также возможность обучения системы новому образу в любой момент её работы. Эти преимущества открывают возможность создания систем искусственного интеллекта, обучающихся в режиме реального времени.
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Применение канонических систем счисления в задаче построения неразделимых Хааро-подобных вейвлетов
Статья научная
В работе обобщается способ построения хааро-подобного (Haar-type) ортонормального вейвлет-базиса над L2(Rn) на основе характеристических функций фундаментальных областей систем счислений. В прототипной работе построение Хааро-подобного вейвлетбазиса основывалось на существовании позиционной системы счисления в кольце целых гауссовых чисел. В настоящей работе рассмотрено построение Хааро-подобного вейвлетбазиса над L2(R2) ассоциированных с каноническими системами счисления в других квадратичных полях.
Бесплатно
Применение кольцевой апертурной диафрагмы в спекл-интерферометрии
Статья научная
В статье представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований по применению кольцевой апертурной диафрагмы в спекл-интерферометрии. Показано, что применение кольцевой апертурной диафрагмы позволяет использовать объективы с большой входной апертурой. Это позволяет увеличить чувствительность и диапазон измерений методом спекл-интерферометрии.
Бесплатно
Применение корректирующего фильтра для повышения качества изображений, сжатых методом JPEG
Статья научная
В работе предложено использовать корректирующий фильтр для устранения «блочности» на изображениях, сжатых методом JPEG, и повышения качества их восстановления по показателю PSNR. Представлено краткое описание процесса построения фильтра. Приведена оценка степени улучшения качества восстановления изображений по показателю PSNR, а также результаты анализа эффективности устранения «блочности» на восстановленных изображениях.
Бесплатно
Статья научная
В статье анализируется возможность использования сиамской сверточной нейросети для решения задачи васкулярной аутентификации на встраиваемой аппаратной платформе с ограниченными вычислительными ресурсами (Orange Pi One). Выполнен краткий обзор современных методов вычисления векторов признаков изображений, применяемых в задачах классификации, сравнения или поиска изображений по контенту: на основе вариационных рядов (гистограмм), локальных дескрипторов, дескрипторов особых точек, дескрипторов на основе хэш-функций, нейросетевых дескрипторов. Предложена архитектура биометрической системы аутентификации по изображениям ладоней в видимом и ближнем ИК-спектрах на основе сиамской сверточной нейросети. Разработанное программное решение позволяет использовать сиамскую нейросеть в режимах «полная сеть» (используются оба симметричных канала нейросети) и «половина нейросети» (используется только один канал) для сокращения времени сравнения векторов биометрических данных зарегистрированных пользователей биометрической системы аутентификации. Показаны преимущества нейросетевых признаков, заключающиеся в универсальности, масштабируемости и конкурентоспособности, в том числе на встраиваемых аппаратно-программных решениях с ограниченными вычислительными ресурсами при отсутствии графических ускорителей. Исследования показали возможность повышения качества классификации изображений ладоней с 0,929 до 0,968 по метрике «overall accuracy» при использовании сиамской нейросети вместо метода перцептивного хэширования при сопоставимом времени определения зарегистрированной в биометрической системе аутентификации персоны. В экспериментах осуществлялся поиск по базе данных из 2000 изображений для 400 персон.
Бесплатно
Применение метаэвристических алгоритмов к решению задач кластеризации методом k-средних
Статья научная
В статье рассматривается подход к сегментации изображений методом k-средних путём сведения задачи кластеризации к задаче непрерывной оптимизации и её решения с помощью метаэвристических алгоритмов на примере алгоритма гравитационного поиска. Обосновывается применимость данного подхода, приводятся результаты численного эксперимента.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена синтезу и исследованию параллельных алгоритмов (с локальными коммуникациями) для решения сеточных уравнений трехдиагонального вида. В данном классе алгоритмов разработан оптимальный по времени коммуникаций, простоя и объему занимаемой памяти алгоритм. Представлена экспериментальная методика повышения ускорения параллельного вычислительного процесса, порожденного оптимальным алгоритмом.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена применению разностного подхода к решению уравнений Максвелла и волнового уравнения для моделирования процесса распространения электромагнитной Н-волны через двумерную диэлектрическую решетку. Произведено сравнение с известным методом моделирования (дифференциальный метод), освещены недостатки и преимущества обоих подходов.
Бесплатно
Статья научная
На основе метода рассеянного поля для длины волны возбуждающего электромагнитного излучения 405 нм выполнено по алгоритму FDTD моделирование интенсивности локального поля вблизи поверхности сферических диэлектрических и металлических (серебряных) наночастиц радиуса 40 нм, размещённых в воздухе и вблизи плоской границы раздела двух диэлектриков. Получены оценки размеров области и величины максимального усиления ближнего поля, проведён анализ влияния границы раздела на распределение поля в моделируемой системе. Как отдельный случай исследованы нанокомпозиты на основе серебряных наночастиц и высококремнезёмных стёкол, полученные при использовании золь-гель технологий.
Бесплатно
Применение методов глубокого обучения для оценки степени коммерческой ценности визуальных объектов
Статья научная
Рассмотрена возможность применения сверточной нейронной сети для оценки коммерческой ценности цифровых изображений. Исследовалось влияние на обучение нейронной сети различных условий подготовки образцов, алгоритмов оптимизаторов, количества пикселей в образцах, размеров обучающей выборки, цветовых схем, качества сжатия и других фотометрических параметров. Показано, что благодаря предложенной предварительной подготовке данных, оптимальному выбору архитектуры и гиперпараметров нейросети удалось добиться точности классификации не менее 98 %.
Бесплатно
