Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2382
Распознавание моторных образов на электроэнцефалограммах с применением свёрточных нейронных сетей
Статья научная
Электроэнцефалография является широко распространенным методом для получения сигналов головного мозга, для снятия которых используются электроды, расположенные на поверхности головы. Такой метод регистрации мозговой активности стал популярен благодаря относительной дешевизне, компактности, а также из-за отсутствия необходимости имплантировать электроды непосредственно в мозг. Статья посвящена проблеме распознавания моторных образов по сигналам электроэнцефалограмм. Природа таких сигналов носит комплексный характер. Характеристики электроэнцефалограмм зависят от самого человека, его возраста, психического состояния, присутствия шумов и помех. При их анализе необходимо учитывать множество таких параметров. Искусственные нейронные сети являются хорошим инструментом в решении такого класса задач. Их применение позволяет объединить задачи извлечения, выбора и классификации признаков в одном блоке обработки сигналов. Электроэнцефалограммы представляют собой временные сигналы. Для представления таких сигналов в виде изображений применяются преобразования на основе матрицы Грама и Марковской матрицы перехода. В статье показана возможность применения этих преобразований для распознавания моторных образов на примере воображаемых движений правой и левой рукой, а также исследовано влияние разрешения получаемых изображений на точность классификации. Наилучшая точность классификации сигнала электроэнцефалограммы на классы движения и состояния покоя составляет порядка 99 %. Результаты исследований в дальнейшем могут быть применены при построении интерфейса мозг - компьютер.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты оценки возможностей дискриминантного анализа для распознавания нарушенных лесных экосистем лесостепной зоны на основе спектрально-отражательных свойств. Предложен новый способ автоматизированного выявления участков нарушенных лесов среди покрытых лесом земель, основанный на дискриминантом анализе величины изменения коэффициентов спектральной яркости в различных зонах спектра. На основе данных с 1836 лесных участков, типичных для лесостепной зоны, вычислены и верифицированы математические зависимости, позволяющие в автоматизированном режиме относить конкретный лесной участок к категории нарушенных лесов или лесов без признаков нарушений. Точность распознавания нарушенных лесных участков составила около 90 %. Установлено, что величина изменения коэффициентов спектральной яркости в средней инфракрасной зоне вносит наибольший вклад в распознавание нарушенных лесных массивов среди величин изменения коэффициентов отражения в каналах сенсоров серии Landsat.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследовано применение многошаговой сегментации для распознавания нечётких дубликатов изображений. Для сегментации использована кластеризация яркостей пикселей изображения, реализуемая с помощью рекуррентной нейронной сети. Предложен поисковый образ изображения, основанный на ранговом распределении мощностей кластеров яркостей, выделенных на изображении в процессе сегментации. Приводятся экспериментальные результаты по распознаванию дубликатов изображений, основанному на применении предложенного образа. Показано, что использование предложенного поискового образа позволяет успешно распознавать дубликаты, полученные значительным визуальным искажением оригинала изображения или изменением его масштаба.
Бесплатно
Распознавание объектов в лабиринтных доменных структурах
Статья научная
Предложен классификатор объектов на цифровых изображениях лабиринтных доменных структур на основе нечёткой базы знаний. Проведена апробация классификатора для анализа изображений, состоящих из нескольких тысяч объектов. Разработанный классификатор может быть использован для анализа изображений различного происхождения, имеющих в своём составе круглые, эллиптические, гантелеобразные, полосовые и ветвистые объекты.
Бесплатно
Статья научная
В работе предлагается метод распознавания объектов по изображениям радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА). В качестве меры близости используется так называемый показатель сопряжённости распознаваемого вектора с подпространством, образованным векторами класса из обучающего множества. Процедура распознавания при разбиении классов на подклассы строится на основе опорных подпространств. Рассматриваются различные процедуры «прореживания» обучающих классов путём исключения из них малоинформативных векторов с использованием показателя сопряжённости. Исследуется зависимость качества распознавания от размерности опорных подпространств. Приводятся результаты экспериментов, показывающие, что предлагаемый метод обеспечивает более высокое качество распознавания объектов по сравнению с методом опорных векторов.
Бесплатно
Статья научная
В работе предлагается метод распознавания объектов по диаграммам рассеяния отражённого электромагнитного излучения. В качестве эталонов используются диаграммы рассеяния, полученные путём моделирования рассеяния электромагнитного излучения трёхмерными моделями объектов. На этапе распознавания в качестве меры близости используется показатель сопряжённости с так называемым опорным подпространством, образованным векторами признаков распознаваемого класса. Исследуется зависимость качества распознавания от размерности опорных подпространств. Показано, что качество распознавания возрастает с увеличением размерности опорных подпространств. Приводятся также результаты экспериментов, показывающие, что предлагаемый метод обеспечивает более высокое качество распознавания объектов по диаграммам рассеяния по сравнению с методом опорных векторов и алгоритмом, основанным на вычислении коэффициента корреляции со средним вектором класса.
Бесплатно
Распознавание опасных аритмий по скалограммам ЭКГ
Статья научная
Данная работа посвящена автоматической классификации шести классов опасных аритмий по коротким фрагментам ЭКГ длительностью 2 с. Эта задача чрезвычайно важна для обнаружения опасных для жизни аритмий при непрерывном мониторном контроле. Особенно опасны фибрилляция желудочков и высокочастотная желудочковая тахикардия. Своевременное выявление этих опасных нарушений в клинике позволяет врачам эффективно применять электрическую дефибрилляцию, что спасает жизнь больного. Особенностью нашего подхода является использование уникальной техники преобразования сигналов ЭКГ в изображения (скалограммы) с использованием непрерывного вейвлет-преобразования. Для классификации аритмии использована нейронная сеть AlexNet с хорошо известной архитектурой глубокого обучения, которая обычно используется в задачах классификации изображений. В экспериментах использованы данные из базы данных PhysioNet, а также синтезированные данные ЭКГ, полученные с использованием метода SMOTE. Полученные результаты экспериментальных исследований показывают, что предлагаемый подход позволяет достичь средней точности в 98,7 % для всех классов, что превышает ранее полученные другими исследователями оценки максимальной точности в 93,18 %.
Бесплатно
Статья научная
Разработан метод распознавания пахотных земель на основе многолетних временных рядов данных дистанционного зондирования Земли, получаемых спектрорадиометром MODIS со спутников Terra и Aqua. Метод предполагает вычисление по спутниковым данным набора признаков распознавания, учитывающих особенности сезонной и межгодовой динамики спектрально-отражательных характеристик используемых пахотных земель, отличающих их от других категорий сельскохозяйственных угодий и естественной растительности. Выявление пахотных земель выполняется с использованием алгоритма локально-адаптивной обучаемой классификации, учитывающей пространственную вариабельность значений признаков распознавания. Использование метода позволило создать карту пахотных земель для всей территории России. Валидация полученной карты, выполненная на основе оптимума Парето с использованием опорных данных для тестового региона, позволила оценить точность метода и возможности его дальнейшего улучшения.
Бесплатно
Распознавание растительного покрова на гиперспектральных изображениях по показателю сопряжённости
Статья научная
Исследуется алгоритм распознавания растительных культур на гиперспектральных изображениях, основанный на применении в качестве меры близости показателя сопряжённости с подпространством, образованным сигнатурами заданного класса. Цель работы - показать, что этот метод при проведении предварительной обработки данных, заключающейся во взвешивании компонент векторов признаков и разбиении классов на подклассы, обеспечивает более высокое качество распознавания по сравнению с наиболее популярным методом опорных векторов (SVM). При проведении экспериментов для сравнения с методом SVM использовалась реализация из пакета MatLab. Эта программа обеспечивает высокие результаты метода SVM на достаточно сложном тесте для распознавания близких типов растительности «Индиан Пайнс», на котором размечены 16 классов растительных культур. Тест является достаточно сложным, т.к. сигнатуры классов сильно коррелированы. Полученные результаты показывают возможность распознавания большого количества растительных культур, в т.ч. и наркосодержащих.
Бесплатно
Распознавание состояний излучающей области в реальном времени
Статья научная
Рассмотрены вопросы приема и обработки волновых процессов в реальном масштабе времени с целью организации обратной связи по управлению экспериментальной установкой и объектом исследований. Описана практическая реализация соответствующих процедур на двухпроцессорном комплексе, аппаратные средства, созданное программное обеспечение. Показано использование комплекса при определении вкладов отдельных источников в общее излучение области и распознавание ее состояний.
Бесплатно
Распознавание тест-объектов на тепловизионных изображениях
Статья научная
Представлен сравнительный анализ нескольких способов распознавания тест-объектов на тепловизионном изображении при настройке и проверке характеристик тепловизионных каналов в автоматизированном режиме. Рассмотрены способы распознавания изображений на основе корреляционного сопоставления изображений, на основе метода Виолы-Джонса, на основе классифицирующей сверточной нейронной сети LeNet, на основе классифицирующей сверточной нейронной сети GoogleNet (Inception v. 1), на основе детектирующей сверточной нейронной сети глубокого обучения типа Single Shot Multibox Detector (SSD) VGG16. Самое высокое значение функционала качества получено с использованием детектирующей сверточной нейронной сети глубокого обучения типа SSD VGG16. К основным достоинствам данного способа следует отнести инвариантность к изменению размеров тест-объектов, высокие значения таких параметров, как точность и полнота, а также отсутствие необходимости применения дополнительных методов для локализации областей интереса.
Бесплатно
Статья научная
В работе осуществлено обучение и распознавание типов аберраций, соответствующих отдельным функциям Цернике, по картине интенсивности функции рассеяния точки с применением свёрточных нейронных сетей. Картины интенсивности функции рассеяния точки в фокальной плоскости моделировались с применением алгоритма быстрого преобразования Фурье. При обучении нейронной сети коэффициент обучения и количество эпох для датасета заданного размера был подобран эмпирически. Средние ошибки предсказания нейронной сети для каждого типа аберраций были получены для набора из 15 функций Цернике по датасету из 15 тысяч картин функции рассеяния точки. В результате обучения для большинства типов аберраций получены усреднённые абсолютные погрешности в диапазоне 0,012 - 0,015, однако определение коэффициента (величины) аберрации требует дополнительных исследований и данных, например, расчёта функции рассеяния точки во внефокальной плоскости.
Бесплатно
Распознавание эмфиземы лёгких по данным компьютерной томографии
Статья научная
В статье рассматривается простейшая технология автоматического распознавания эмфиземы лёгких по наборам двумерных диагностических изображений компьютерной томографии. Эта технология позволяет количественно оценить заболевание, то есть вычислить долю поражения лёгочной ткани, а также визуализировать очаги эмфиземы и гистограмму распределения интенсивностей в области интереса. Эксперимент на натурных данных показал погрешность распознавания по объёму поражённых областей около 7,5 %.
Бесплатно
Статья научная
Дана количественная оценка глубины резкости оптических систем. Приведены результаты расчёта распределения комплексной амплитуды и интенсивности в трёхмерной фигуре рассеяния, формируемой оптической системой при осевом расположении точечного объекта. Работа выполнена в интересах разработки оптических систем с увеличенной глубиной резкости применительно к синтезированной голограмме точечного объекта, расположенного на перпендикуляре, восстановленном из центра голограммы.
Бесплатно
Распределённая СУБД для интегрированной обработки пространственных данных в ГИС
Статья научная
В статье рассмотрены проблемы, возникающие при создании и обработке данных, содержащих сложноструктурированную геопространственную информацию, и связанные с большими объемами данных, их размерностью и увеличением количества пространственно-логических и топологических связей между элементами данных, разнородностью данных. Приведены наиболее популярные средства обработки подобной информации. Рассмотрены вопросы организации хранения, обработки и анализа пространственно-распределенных топологических данных в среде ГИС Терра. Изложены основные особенности (модели, структуры и форматы данных) разработанной структурированной топологической модели объекта. Рассмотрены варианты организации системы управления базами пространственно-распределенных данных для различных программно-аппаратных платформ (Windows и Android) как в локальном, так и клиент-серверном варианте. Представлены схемы миграции данных при интегрированном использовании различных программно-аппаратных платформ. Приведены рекомендации по разработке новых приложений по анализу и обработке пространственно-распределенных данных с использованием разработанных средств хранения и обработки данных.
Бесплатно
Распределённая система технического зрения регистрации железнодорожных составов
Статья научная
Рассматриваются преимущества распределённой архитектуры систем технического зрения (СТЗ) регистрации железнодорожных составов. Отмечается, что такое решение обеспечивает «прозрачное» для пользователя наращивание функциональности СТЗ и повышение качества работы, формирование новых интеллектуальных качеств системы на основе возможности проведения апостериорной многовариантной обработки хранимых видеоданных в фоновом итерационном режиме. Основные принципы таких интеллектуальных СТЗ были успешно апробированы при создании распределённой системы технического зрения регистрации железнодорожных составов цистерн.
Бесплатно
Распространение импульсов поля и расчёт динамических инвариантов в волноводе с выпуклой оболочкой
Статья научная
В работе рассмотрен метод решения системы уравнений Максвелла в случае граничных условий, зависящих от времени на торце волновода со сверхпроводящими стенками. Получено явное аналитическое решение для квазигармонического сигнала, у которого ширина импульса в частотной области намного меньше, чем несущая частота. Рассмотрены численные примеры в случае распространения в круглом полом металлическом волноводе Гауссова импульса, представляющего собой совокупность мод. Рассмотрен расчёт динамических инвариантов коротких импульсов при распространении в волноводе с проводящей оболочкой произвольной формы. Описана процедура квантования электромагнитного поля в волноводе со сверхпроводящими стенками.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе исследуется передача мод высших порядков, в том числе оптических вихрей, через волокно, эванесцентно спаренное с вертикальным массивом кольцевых резонаторов - пакетным многокольцевым резонатором. Показано, что кривые пропускания оптических вихрей имеют характерную структуру, наличие которой мы объясняем проявлением зонной структуры бесконечной стопки связанных кольцевых резонаторов. Показана принципиальная возможность использования вертикальных массивов кольцевых резонаторов в качестве элементов линий задержки для волоконно-оптической связи на состояниях с орбитальным угловым моментом. Показано, что вертикальный массив кольцевых резонаторов способен служить элементом линии задержки для чётных и нечётных мод Лагерра-Гаусса.
Бесплатно
Распространение пучков Бесселя и суперпозиций вихревых пучков в атмосфере
Статья научная
Описывается эксперимент по прохождению пучков Бесселя через атмосферу с тепловыми потоками. Показано, что на малых расстояниях пучок Бесселя при прохождении области с тепловыми потоками может искажаться до полной потери структуры, но при дальнейшем распространении на большие расстояния полностью её восстанавливает. Показано, что пучки Бесселя не могут быть использованы в системах связи на больших дистанциях. Также описывается эксперимент с прохождением суперпозиций вихревых пучков через атмосферу с тепловыми потоками и аэрозолями. Показано, что такие пучки при прохождении области с тепловыми потоками также сохраняют свою структуру.
Бесплатно
Распространение радиально-ограниченных вихревых пучков в ближней зоне. Часть I. Алгоритмы расчёта
Статья научная
На примере дифракции плоской волны на круглой апертуре в ближней зоне (порядка нескольких длин волн) проведено сравнение алгоритмов расчёта с использованием векторного интегрального преобразования Рэлея-Зоммерфельда (РЗ) и разложения по плоским волнам (ПВ) по точности и скорости вычислений. В скалярном случае, что соответствует вычислению поперечных компонент электрического поля, результаты различаются только в очень близкой к апертуре области. В векторном случае при расчёте продольной компоненты в методе ПВ возникает особенность в области спектральных частот, радиус которых близок к единице. Предложены различные варианты обхода этой особенности. На расстоянии нескольких длин волн результаты двух рассматриваемых алгоритмов совпадают и отличаются от полученных с помощью конечно-разностного временного метода (FDTD) только масштабно (среднеквадратичное отклонение с учетом масштаба составляет менее 2%). Таким образом, рассмотренные в данной работе алгоритмы позволяют получать за существенно меньшее время структурно верную (но несколько завышенную по амплитуде) картину дифракции в ближней зоне. Такая амплитудная "завышенность" может быть связана с тем, что рассмотренные методы РЗ и ПВ не подразумевают наличия y-компоненты в дифракционной картине изначально x-поляризованного поля. Во второй части статьи рассматривается модификация метода ПВ, позволяющая учесть наличие всех векторных компонент.
Бесплатно
