Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2590
Статья научная
Для лечения диабетической ретинопатии в современной практике применяется лазерная коагуляция. В процессе лазерной операции параметры лазерного воздействия подбираются вручную врачом, что требует от врача достаточного опыта и знаний, чтобы достичь терапевтического эффекта. На основе математического моделирования процесса лазерной коагуляции можно оценить основные параметры без проведения операции. Однако сетчатка имеет достаточно сложную структуру, и при применении даже низкозатратных численных методов для моделирования требуется значительное время для получения результата. В связи с этим разработка эффективных по времени алгоритмов трехмерного моделирования является актуальной задачей, поскольку применение таких алгоритмов позволит обеспечить проведение комплексного исследования в рамках ограниченного времени. В настоящей работе проводится исследование времени выполнения алгоритмов, реализующих различные вариации применения метода расщепления и метода конечных разностей, адаптированных под поставленную задачу теплопроводности, выявляется наиболее эффективный алгоритм, который далее подвергается векторизации и реализации с использованием технологии CUDA. Исследование проводилось с использованием Intel Core i7-10875H и Nvidia RTX 2080 MAX Q и показало, что аналог векторного алгоритма, ориентированного на решение многомерной задачи теплопроводности, обеспечивает ускорение не более, чем в 1,5 раза, по сравнению с последовательным вариантом. Разработанный векторный алгоритм, ориентированный на применение метода прогонки по всем направлениям трехмерной задачи, существенно снижает временные издержки, затрачиваемые на копирование в память видеокарты, и обеспечивает 40-кратное ускорение по сравнению с последовательным алгоритмом трехмерного моделирования. На основе такого же подхода разработан параллельный алгоритм математического моделирования, который обеспечил 20-кратное ускорение при полной загрузке процессора.
Бесплатно
Разработка геоинформационной системы учета и контроля земель сельхозназначения
Статья научная
Описываются задачи и принципы построения региональной геоинформационной системы учета и контроля земель сельхозназначения. Приводится подробное описание реализации начального этапа разработки и внедрения системы, состоящего из двух подсистем - ведение реестра сельскохозяйственных угодий Самарской области и осуществление оперативного мониторинга за их состоянием. Предлагается новый метод обнаружения и определения площади сельскохозяйственных культур с использованием данных дистанционного зондирования.
Бесплатно
Разработка и исследование алгоритма посменного инкрементного обучения нейронной сети
Статья научная
В работе показывается актуальность разработки инкрементных методов и алгоритмов обучения нейронной сети. Представлены семейства техник инкрементного обучения. Проведена оценка возможности применения машины экстремального обучения как инкрементного обучения. Эксперименты показывают возможность использования машины экстремального обучения как инкрементного обучения, однако при увеличении числа обучающих примеров нейронная сеть становится непригодна для дальнейшего обучения. Для решения данной проблемы предложен алгоритм инкрементного обучения нейронной сети, основанный на поочередном применении машины экстремального обучения для корректировки весов только выходного слоя сети (состояние функционирования) и метода обратного распространения ошибки (глубокого обучения) для корректировки всех весов сети (состояние сна). Полагается, что в ходе состояния функционирования нейронная сеть выдает результаты или учится на новых задачах, а в состоянии сна оптимизирует свои весовые коэффициенты. Особенностью предложенного алгоритма является его возможность адаптироваться в реальном масштабе времени под изменение внешних условий на этапе функционирования. На примере решения задачи аппроксимации показана эффективность предложенного алгоритма. Представлены результаты аппроксимации после выполнения каждого шага алгоритма. Приведено сравнение значений среднеквадратической ошибки при использовании машины экстремального обучения как инкрементного обучения и разработанного алгоритма посменного инкрементного обучения нейронной сети.
Бесплатно
Статья научная
В этой статье исследуются два метода псевдоголографического кодирования: «регулярный» и «стохастический». Приведены результаты сравнительного анализа этих преобразований, применительно к задаче восстановления изображений при потере части информации. Предложен метод вставки электронного водяного знака в цифровое изображение для регулярного метода псевдоголографического кодирования. Приведены результаты анализа устойчивости водяного знака к «типичным» преобразованиям цифровых изображений. Определены границы применимости регулярного метода псевдоголографического кодирования при решении конкретных прикладных задач.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается задача определения предпочитаемых пользователем остановок в рекомендательной транспортной системе. Проведено сравнение эффективности использования различных методов машинного обучения для решения указанной задачи в системе персонализированных рекомендаций: метода опорных векторов, дерева решений, случайного леса, AdaBoost, алгоритма k-ближайших соседей, многослойного персептрона. Сравнение указанных традиционных методов машинного обучения производилось также с предложенным методом, разработанным на основе алгоритма вычисления оценок. Экспериментальные исследования использовали реальные данные мобильного приложения «Прибывалка-63», являющегося частью сервиса tosamara.ru. Подтверждена как работоспособность, так и эффективность предложенного метода.
Бесплатно
Разработка и исследование метода формирования микрорельефа ДОЭ в сапфировых подложках
Статья научная
Предложен и реализован метод формирования фазового микрорельефа сапфировых (лейкосапфировых) дифракционных оптических элементов (ДОЭ). С использованием данного метода изготовлена и исследована бинарная структура на сапфировой подложке, работающая в ультрафиолетовом диапазоне как дифракционная линза с фокусным расстоянием fЎЦ50 мм. Показано, что сапфир в качестве материала подложки ДОЭ является реальной альтернативой кварцевым пластинкам и алмазоподобным пленкам. Осуществлен выбор параметров формирования заданного микрорельефа в сапфировых подложках на основе ионнохимического травления в среде Хладона-14.
Бесплатно
Статья научная
В работе впервые описан метод дистанционной оценки индекса листовой поверхности LAI по данным прибора КМСС российской спутниковой системы Метеор-М с пространственным разрешением 60 метров. В основе метода лежит решение обратной задачи переноса излучения в растительном пологе с заданными краевыми условиями на основе модели переноса излучения PROSAIL, дистанционных измерений спектральной яркости прибором КМСС и известных условий наблюдения и освещения. В качестве алгоритма инверсии была использована параметризованная и обученная модель на основе полносвязной нейронной сети. При создании обучающей выборки использовался полный ортогональный план для описания комбинаций входных параметров модели, при этом были учтены распределения и сораспределения характеристик по результатам метаанализа для отражения имеющихся в природе взаимосвязей. В работе была исследована эффективность двух различных схем наблюдения – классической надирной и характерной для прибора КМСС-М разноугловой с углами ±8,67°. Была показана достаточно высокая модельная точность оценки LAI: RMSE=1, MAE=0,705 и R2=0,722. На основе разработанного метода был рассчитан и исследован продукт LAI по данным КМСС-2 с разрешением 60 метров на территорию России за 2022 год. Попиксельное сравнение результатов оценки LAI по данным КМСС-2 с продуктом NASA LAI (MODIS MCD15A3H) за бесснежный период 2022 года также указывает на достаточно высокие характеристики полученного в результате работы продукта: RMSE=1,065, MAE=0,669 и R2=0,668. Разработанный в рамках настоящей работы метод создания продукта LAI по данным прибора КМСС повысит эффективность и оперативность приложений, связанных с высокодетальным дистанционным экологическим мониторингом на основе данных российских спутниковых систем.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются актуальные вопросы, посвящённые разработке информационной оптической Smart-технологии дистанционного обучения распределённой системы управления Experion PKS фирмы Honeywell для нефтегазовой отрасли. Около 70 % аварий на производстве вызваны человеческим фактором. Работа операторов заключается в наблюдении за высокотехнологичными процессами и управлении ими посредством мнемосхем и характеризуется повышенным напряжением зрительного аппарата, а также общей утомляемостью и потерей концентрации внимания. Инновационная персонализированная технология дистанционного обучения учитывает особенности зрения обучающихся с помощью корректировки цветоподачи учебного материала и динамического представления информации в зависимости от психотипа человека и основана на применении когнитивной, оптической и мультиагентной технологий, а также онтологическом и иммунносетевом подходах. Разработка когнитивных мнемосхем осуществляется с учётом этих особенностей, что позволяет снизить нагрузку на зрительный аппарат и повысить эффективность обучения практическим навыкам при работе с мнемосхемами. Подход искусственных иммунных систем используется для прогноза и оценки обучения, а также оперативной корректировки процесса получения знаний. Разработан модифицированный алгоритм функционирования дистанционной системы обучения на основе применения оптимизационных алгоритмов искусственного интеллекта и алгоритма иммунносетевого моделирования. Рассмотрены общие принципы создания мнемосхем и существующие мнемосхемы фирмы Honeywell. Приведён пример реализации предложенной дистанционной технологии, и представлены результаты моделирования когнитивных мнемосхем для различных категорий обучающихся с особенностями зрения.
Бесплатно
Статья научная
На сегодняшний день технологии в области фото- и видеообработки данных значительно продвинулись, что позволило алгоритмам распознавания и классификации объектов достигать точности выше 90%. Такие прорывные решения стали широко использоваться в личных и профессиональных целях. Вместе с тем расширение областей применения данных решений привело к увеличению влияющих факторов и их вариаций. От таких факторов зависит качество получения и обработки изображений, включая динамику и деформацию объектов в кадре, что усложняет практическое применение соответствующих алгоритмов. Настоящая статья предлагает подход к разработке рекомендательной системы для выбора моделей машинного обучения в целях решения широкого спектра задач, связанных с обнаружением объектов в кадре изображения, полученных в различных условиях. Данный подход основан на механизме продукционных правил, которые формируются по результатам выполненных ранее исследований, а также анализа научных источников (статьи, репозитории научных программных библиотек и пр.). Результатом функционирования разрабатываемой системы является не просто перечень моделей глубокого обучения с указанием их релевантности к применению в задаче пользователя и априорными оценками значений метрик качества. Предлагаемый подход позволяет формировать предложения по созданию конвейеров машинного обучения и рекомендаций по установке и использованию соответствующих программных библиотек.
Бесплатно
Разработка метода, позволяющего улучшить разрешающую способность дифракционного спектрофотометра
Статья научная
В ряде случаев разрешающая способность имеющихся в наличии спектрометров недостаточна. В данном сообщении описано устройство интерференционной приставки к дифракционному спектрометру, позволяющей увеличить его разрешение и чувствительность при спектроскопии адсорбированных молекулярных слоёв. Приставка преобразует промышленный прибор в комбинированный дифракционно-интерференционный монохроматор. Приведены расчеты величины разрешающей способности, и экспериментально показано, что устройство позволяет увеличить разрешающую способность дифракционного спектрометра на порядок. Увеличение разрешающей способности достигается установкой перестраиваемого многолучевого интерферометра по ходу излучения дифракционного спектрометра, проходящего исследуемый образец, что позволяет производить дополнительное сканирование выделенного спектрометром участка спектра. В статье приведены экспериментальные данные по перестройке интерферометра его наклоном относительно направления излучения, предусмотрена возможность перестройки устройства при помощи пьезоуправления. Чувствительность комбинированного устройства позволяет использовать его в качестве анализатора спектра адсорбированных веществ. В конструкции приставки предусмотрен легко устанавливаемый штуцер для ввода исследуемого газообразного вещества.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей статье рассмотрены алгоритмы предварительной обработки пространственновременных сигналов, предназначенных для аппаратно-программного комплекса интерферометрического контроля параметров оптических материалов, заготовок и деталей. Разработаны алгоритмы и методы для комплексного подавления шумов на интерферограмме. Показано что предварительная обработка интерферограммы, облегчает применение интерферометрических методов получения фазы.
Бесплатно
Статья научная
В работе обсуждаются проблемы изготовления и контроля качества конформальных корректоров для мощных твердотельных YAG:Nd3+ лазеров. Предложено использовать метод безмасочной проекционной фотолитографии как альтернативу фотолитографии с зазором на основе растрированных полутоновых шаблонов. Рассмотрено применение метода зеркальной спектроскопической рефлектометрии для контроля формы корректоров на стадии рельефа в фоторезисте. Совокупность использованных методов значительно повышает производительность изготовления корректоров в сочетании с удешевлением процесса.
Бесплатно
Разработка методов формирования цвето-текстурных признаков для анализа биомедицинских изображений
Статья научная
В статье рассматривается метод формирования цвето-текстурных признаков. Метод основан на вычислении характеристик многомерного распределения вероятности интенсивностей цветовых компонент. Представлены экспериментальные исследования метода на натурных изображениях. Приводится сравнение разработанного метода с уже существующими.
Бесплатно
Разработка мобильного мультипрограммного обеспечения на базе СП PASCAL-2
Статья научная
Рассматривается метод реализации в системе программирования (СП) Pascal-2 сопрограмм, аналогичных введенным в язык программирования Modula-2. Описывается возможность разработки мобильного мультипрограммного обеспечения на базе СП Pascal-2, расширенного средствами сопрограмм.
Бесплатно
Разработка мобильного программного обеспечения для ЭВМ линий PDP-11 и VAX
Статья научная
Рассмотрен вопрос разработки мобильного программного обеспечения для ЭВМ линий PDP-11 и VAX. В качестве инструментальной предлагается использовать мобильную систему программирования "Pascal-2". Приведена реализация примитивов "нижнего уровня", с помощью которых можно создать инструментальные средства, адекватные имеющимся в системе программирования "Turbo-Pascal".
Бесплатно
Статья научная
В ходе работы показана эффективность использования нейронных сетей для моделирования дифракции электромагнитного излучения на цилиндрических объектах, проведено сравнение различных архитектур нейронных сетей. Приведены значения ошибки нейросетевого решения при различных постановках задачи и варьировании параметров цилиндров. Также демонстрируются перспективы подхода для случая нескольких цилиндров (с развитием до полноценных фотонно-кристаллических структур).
Бесплатно
Разработка нейросетевого алгоритма распознавания надписей на изображениях реальных сцен
Статья научная
Работа посвящена проектированию и реализации нейросетевого алгоритма детектирования надписей на изображениях реальных сцен. Проведен обзор существующих нейросетевых и классических моделей, в качестве базовой была выбрана модель U-net. На ее основе предложен и реализован алгоритм детектирования текстовых областей на изображениях. В ходе проведения экспериментов были определены следующие параметры нейронной сети: размеры входных изображений, количество и типы составляющих её слоёв. В качестве предобработки рассматривались билатеральные фильтры сглаживания и сглаживающие частотные фильтры. Увеличение исходной базы изображений KAIST Scene Text Database достигается за счёт применения поворотов, сжатия и разбиения входящих в неё изображений. Полученные результаты превосходят другие методы по значению F-меры и достигают 0,88.
Бесплатно
Разработка нового поколения полупроводниковых источников освещения
Статья научная
Разработана патентно-чистая технология и конструкция нового поколения эффективных, мощных, экономичных, надёжных, радиационно-стойких, экологически чистых полупроводниковых источников света для освещения улиц, площадей, фасадов зданий и других объектов. Основными элементами источников освещения являлись не дискретные светодиоды, а светодиодные модули, содержащие более пяти гетероструктур. Выбраны оптимальные по структуре и размерам гетероструктуры на медном основании и алюмо-иттриевые люминофоры различного состава, активированные церием и празеодимом, которые позволили получать источники с цветовой температурой 2850-7000 К. Предложена математическая модель, которая позволила вывести аналитические люмен-амперные характеристики гетероструктур. Приоритетные исследования воздействия проникающей радиации на светодиодные модули с синим и белым цветом свечения позволили установить исключительно высокую радиационную стойкость как гетероструктур, так и люминофоров любого состава.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена система кодирования ОАК на основе анализа особенностей работы подсистем ОАК. Показаны особенности проектирования кодера и декодера ОАК путем минимизации функций кодера и декодера.
Бесплатно
Статья научная
Разработаны способы интенсификации формирования нанопористых структур металлических материалов селективной лазерной сублимацией компонентов сплавов. Проведена обработка образцов из медно-цинкового сплава Л62 лазерным воздействием с высокой частотой следования импульсов. Обработка проводилась в вакууме, к образцам с поверхностью, полученной механическим полированием, были приложены внешние растягивающие напряжения. В результате лазерного воздействия в вакууме в латуни Л62 формируется нанопористая структура толщиной до 0,1 мм. Поры равномерно распределены внутри субзерна, имеют достаточно стабильные размеры и форму. На границе субзёрен формируются нанопоры канального типа шириной ~100 нм, которые образуют пористую сеть.
Бесплатно
