Численные методы и анализ данных. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
In this paper, we examine the applicability limits of different methods of compensation of the individual properties of self-emitting displays with significant non-uniformity of chromaticity and maximum brightness. The aim of the compensation is to minimize the perceived image non-uniformity. Compensation of the displayed image non-uniformity is based on minimizing the perceived distance between the target (ideally displayed) and the simulated image displayed by the calibrated screen. The S-CIELAB model of the human visual system properties is used to estimate the perceived distance between two images. In this work, we compare the efficiency of the channel-wise and linear (with channel mixing) compensation models depending on the models of variation in the characteristics of display elements (subpixels). It was found that even for a display with uniform chromatic subpixels characteristics, the linear model with channel mixing is superior in terms of compensation accuracy.
Бесплатно
Veiling glare removal: synthetic dataset generation, metrics and neural network architecture
Статья научная
In photography, the presence of a bright light source often reduces the quality and readability of the resulting image. Light rays reflect and bounce off camera elements, sensor or diaphragm causing unwanted artifacts. These artifacts are generally known as “lens flare” and may have different influences on the photo: reduce contrast of the image (veiling glare), add circular or circular-like effects (ghosting flare), appear as bright rays spreading from light source (starburst pattern), or cause aberrations. All these effects are generally undesirable, as they reduce legibility and aesthetics of the image. In this paper we address the problem of removing or reducing the effect of veiling glare on the image. There are no available large-scale datasets for this problem and no established metrics, so we start by (i) proposing a simple and fast algorithm of generating synthetic veiling glare images necessary for training and (ii) studying metrics used in related image enhancement tasks (dehazing and underwater image enhancement). We select three such no-reference metrics (UCIQE, UIQM and CCF) and show that their improvement indicates better veil removal. Finally, we experiment on neural network architectures and propose a two-branched architecture and a training procedure utilizing structural similarity measure.
Бесплатно
Статья научная
Предложены абстрактная модель искусственной иммунной сети на базе комитета классификаторов и два алгоритма ее обучения (с учителем и с подкреплением) для задач классификации, которые характеризуются малыми объемами и низкой репрезентативностью обучающих выборок. Оценка эффективности модели и алгоритмов выполнена на примере задачи аутентификации по клавиатурному почерку с использованием 3 баз данных биометрических образов. Разработанная искусственная иммунная сеть обладает эмерджентностью, памятью, двойной пластичностью, устойчивостью обучения. Эксперименты показали, что искусственная иммунная сеть дает меньший или сопоставимый процент ошибок по сравнению с некоторыми архитектурами нейронных сетей при гораздо меньшем объеме обучающей выборки.
Бесплатно
Автоматизированный метод вычисления DST-индекса на основе вейвлет-модели вариаций геомагнитного поля
Статья научная
Предложен метод вычисления индекса геомагнитной активности Dst , основанный на вейвлет-модели вариаций геомагнитного поля. Метод позволяет в автоматическом режиме получать значения Dst -индекса с 1-минутным разрешением. Апробация метода выполнена на данных приэкваториальных станций [1]. В работе описан алгоритм выполнения расчетов и приведены результаты оценок. Выполнено сравнение результатов расчета с классическим подходом и с методом, используемым в Мировом центре данных Киото. Показано, что предлагаемый метод позволяет в оперативном режиме получать значения Dst -индекса с допустимой погрешностью.
Бесплатно
Алгоритм выделения интенсивных аномальных изменений во временном ходе параметров ионосферы
Статья научная
В работе представлена модифицированная многокомпонентная модель временного ряда параметров ионосферы. Модель описывает регулярные вариации и аномальные изменения разномасштабной структуры, характеризующие возникновение ионосферных неоднородностей. Идентификация компонент модели основана на совместном применении вейвлет-преобразования и моделей авторегрессии проинтегрированного скользящего среднего. На основе предложенной модели разработан алгоритм анализа ионосферных параметров, позволяющий в оперативном режиме выделять интенсивные ионосферные аномалии, характеризующие возникновение сильных ионосферных бурь. Представлены результаты апробации алгоритма, выполненные на примере обработки и анализа часовых и 15-минутных данных критической частоты ионосферы (foF2) в периоды магнитных бурь, произошедших в 2015-2017 гг. Выполненные оценки показали эффективность алгоритма и возможность его применения в задачах прогноза космической погоды.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены новые алгоритмы генерации, встраивания и извлечения стойкого цифрового водяного знака в гиперспектральные изображения дистанционного зондирования Земли. Предлагаемый алгоритм генерации ЦВЗ предполагает генерацию двумерного шумоподобного изображения (шаблона встраивания), кодирующего ЦВЗ, на основе пароля (секретного ключа) пользователя. Предложенные алгоритмы обладают рядом преимуществ по сравнению с существующими аналогами. В частности, предложенный алгоритм генерации шаблонов встраивания на основе пароля обеспечивает высокую устойчивость встроенного цифрового водяного знака к атакам прямого перебора ключа (сложность атаки подбора ключа составляет 10 14 попыток извлечения по сравнению с 10 4 - 10 5 попытками для существующих аналогов).
Бесплатно
Статья научная
Предложен экономичный алгоритм коррекции влияния поглощения света в атмосферных газах на коэффициент яркости солнечного света, отраженного системой атмосфера - земная поверхность. Алгоритм не требует предварительного задания оптических параметров аэрозоля, предположений о подстилающей поверхности и общем содержании газов. В алгоритме коррекция выполняется домножением коэффициента яркости на корректирующий множитель, полученный из анализа спектральной зависимости коэффициента яркости; алгоритм применим только к гиперспектральным данным. Приведены результаты тестирования алгоритма на модельных задачах.
Бесплатно
Алгоритм реконструкции трёхмерной структуры кристалла по двумерным проекциям
Статья научная
В статье рассматривается задача трёхмерной реконструкции кристаллической решётки, являющаяся важным этапом рентген-структурного анализа вещества. От качества реконструкции напрямую зависит точность параметрической и структурной идентификации кристалла. Предлагаемый алгоритм реконструкции трёхмерной кристаллической решётки основан на минимизации расстояний от узла до прямой, спроецированной на заданную плоскость. В качестве исходных данных используются три набора двумерных координат узлов решётки, полученные по трём двумерным проекциям. Также произведено аналитическое вычисление ошибки реконструкции, позволяющее оценить точность проведённой реконструкции. Результаты, полученные в ходе вычислительного эксперимента, подтвердили высокое качество предложенного алгоритма реконструкции и его устойчивость к возможным искажениям исходных координат узлов. Кроме того, выявлена проблема разделимости моноклинных, ромбических и тетрагональных решёток, точность идентификации которых составила 34 %, 53 % и 10 % соответственно.
Бесплатно
Алгоритмы многомерного имитационного моделирования случайных процессов
Статья научная
В статье рассматриваются два подхода к моделированию сигналов и процессов: метод формирующих фильтров и тригонометрический метод. Показано, что второй подход более перспективен, так как увеличение размерности представления сигнала (процесса) математически означает добавление слагаемого в формуле базисной функции, что дает доступ к быстрым алгоритмам имитации. Приведены примеры алгоритмов многомерного моделирования случайных процессов с использованием двух методов, и описана программная система, реализующая эти алгоритмы. Результаты работы программного комплекса позволят прогнозировать характеристики инженерных проектов (точность и быстродействие алгоритмов моделирования). В связи с актуальностью и необходимостью фундаментальных исследований методов и алгоритмов цифрового преобразования компонентной базы, внедрения цифровых технологий во все аспекты деятельности, включая синтез новых материалов, разработку новых методов проектирования микро- и наносистем, целью статьи является расширение области применения спектрального метода моделирования многомерных процессов с использованием оригинальных алгоритмических комплексов.
Бесплатно
Статья научная
Точная и своевременная информация о текущем и прогнозном распределении транспортных потоков является важным фактором функционирования интеллектуальных транспортных систем. Использование этих данных позволит транспортным агентствам эффективнее решать задачу управления трафиком, участникам дорожного движения точнее планировать маршрут поездки и снизить время движения, и в целом повысит эффективность использования транспортной инфраструктуры. В данной статье представлена модель краткосрочного прогнозирования трафика, основанная на методе k ближайших соседей, которая учитывает пространственное и временное распределение транспортных потоков. Разработанная модель реализована с помощью фреймворка Apache Spark на основе модели распределённых вычислений MapReduce. Экспериментальные исследования представленной модели по данным о распределении транспортных потоков в транспортной сети города Самары позволяет сделать вывод, что предлагаемая модель обладает высокой точностью прогнозирования и временем работы, достаточным для прогнозирования в режиме реального времени.
Бесплатно
Статья научная
Представлен обзор неинвазивных биометрических методов выявления и прогнозирования развития нейродегенеративных заболеваний. Дан анализ различных модальностей, используемых для диагностики и мониторинга. Рассмотрены такие модальности, как рукописные данные, электроэнцефалограмма, речь, походка, движение глаз, а также использование композиций данных модальностей. Проведен подробный анализ современных методов и систем принятия решений, основанных на машинном обучении. Представлены наборы данных, методы предобработки, модели машинного обучения, оценки точности при диагностике заболеваний. В заключении рассмотрены текущие открытые проблемы и будущие перспективы исследований в данном направлении.
Бесплатно
Блочные алгоритмы решения сеточных уравнений Zheng/Chen/Zhang
Статья научная
Работа посвящена синтезу блочных алгоритмов FDTD-метода для расчетов по неявной разностной схеме Zheng/Chen/Zhang. Существенное внимание уделяется экспериментальному исследованию построенных алгоритмов, выявлению особенностей организации блочных вычислений по неявным сеточным уравнениям. Эффективность предложенных подходов подтверждена шестикратным ускорением вычислений.
Бесплатно
Блочные алгоритмы совместного разностного решения уравнений Даламбера и Максвелла
Статья научная
Работа посвящена синтезу блочных алгоритмов FDTD-метода, в частности совместного разностного решения уравнений Даламбера и Максвелла. Учёт иерархической структуры памяти ЭВМ позволил до 6 раз сократить длительность вычислений по методу в сравнении с его известными программными реализациями.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена взаимосвязанным проблемам выделения единиц знаний из множества (корпуса) тематических текстов анализом релевантности исходной фразе и полноты отражения в исходных фразах выделяемого фактического знания. Данные проблемы актуальны для построения систем обработки, анализа, оценивания и понимания информации. Конечной практической целью здесь является поиск наиболее рационального варианта передачи смысла средствами заданного естественного языка для последующей фиксации фрагментов знаний в тезаурусе и онтологии предметной области. При этом релевантность текста по описываемому фрагменту знания (включая формы выражения в языке) определяется совместным использованием оценки силы связи встречающихся в его фразах сочетаний слов исходной фразы и разбиением этих слов на классы по значению меры TF-IDF относительно текстов корпуса. В настоящей работе рассматривается расширение связей слов от традиционных биграмм до трёх и более элементов для выделения составляющих образа исходной фразы в виде сочетаний связанных по смыслу слов (с привлечением базы известных синтаксических отношений и без использования таковой). С целью более полного описания выделяемого в текстах корпуса фрагмента экспертного знания вводятся в рассмотрение совокупности исходных фраз, взаимно эквивалентных либо дополняющих друг друга по смыслу и представляющих единый образ. По сравнению с поиском составляющих рассматриваемого образа на готовом синтаксически размеченном текстовом корпусе предложенный метод позволяет в среднем в 17 раз сократить выход фраз, не релевантных исходным ни по описываемому фрагменту знания, ни по языковым формам его выражения.
Бесплатно
Статья научная
Исследование посвящено анализу аберрации волнового фронта при изменении кривизны поверхности роговицы человеческого глаза. Анализ выполнен на основе представления аберраций передней и задней поверхности роговицы в виде суперпозиции функций Цернике. Объектом исследования являются весовые коэффициенты полиномов Цернике. Данные были получены в ряде клинических испытаний в глазной клинике Бранчевского. Был проведен анализ наиболее информативных весовых коэффициентов с точки зрения классификации пациентов по определённым диагнозам. Было произведено сравнение результатов классификации по тридцати признакам как на передней, так и на задней поверхности роговицы, а также по наиболее информативным признакам. Ранжирование признаков осуществлялось по критерию информативности для решения конкретной задачи классификации. При проведении исследований информативность оценивалась на основе значений критерия разделимости. Дополнительная оценка информативности проводилась путём вычисления ошибки классификации методом К-средних. В результате анализа выделены базисные функции Цернике, наиболее информативные для определённых патологий глаза.
Бесплатно
Вычисление преобразований Фурье-Галуа в редуцированных бинарных системах счисления
Статья научная
В работе предлагается новый метод вычисления преобразований Фурье-Галуа (теоретико-числовых преобразований), являющихся модулярным аналогом дискретного преобразования Фурье. Ряд специфических проблем, связанных с вычислением преобразований в конечном поле, удаётся решить с помощью представления элементов этих полей в «экзотических» системах счисления, являющихся редукциями канонических систем счисления И. Катаи при отображении соответствующего кольца целых квадратичного поля в поле классов вычетов по простому модулю. Подробно исследуется случай бинарных редуцированных систем счисления. Доказывается, что такие системы счисления существуют для любого простого числа.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассматривается задача повышения точности обнаружения живых объектов в здании, описываемых пространством экологических факторов. Для решения поставленной задачи реализована модель логистической регрессии при условии неустойчивости оценок параметров для почти линейно разделимых классов. Создан алгоритм выявления аномалий, разрешающий компромисс между наличием выбросов и точностью распознавания. Эффективность предложенного алгоритма и целостность теоретических обоснований получили подтверждение при проведении вычислительных экспериментов.
Бесплатно
Статья научная
Представлен и описан способ корреляционного и амплитудно-частотного анализа данных наблюдения геомагнитных вариаций и космической погоды на основе концепции единого информационного пространства, моделей и методов вейвлет- и Фурье-анализа и геоинформационных технологий. Способ включает формализованные элементы математического и методического обеспечений для задач амплитудно-частотного и корреляционного анализа данных наблюдения геомагнитных вариаций и космической погоды и верифицируется посредством предложенного и разработанного авторами экспериментального образца платформонезависимой веб-ориентированной геоинформационной системы GEOMAGNET (http://www.geomagnet.ru). Для апробации способа использованы результаты наблюдений магнитных обсерваторий сети INTERMAGNET, а также данные космической погоды, регистрируемые искусственным спутником Земли ACE. Приводятся, обсуждаются и оцениваются полученные посредством системы GEOMAGNET результаты наблюдения, автоматизированного корреляционного и амплитудно-частотного анализа информационных сигналов, отражающих в режиме контрольного времени вариации параметров геомагнитного поля и космической погоды как на поверхности Земли, так и в околоземном пространстве.
Бесплатно
Геометрически обоснованный метод формирования атомных кластеров Морса больших размеров
Статья научная
В статье предлагается геометрически обоснованный метод построения начальной конфигурации полной икосаэдрической структуры атомного кластера, обеспечивающий нахождение глобального минимума энергии кластера за счёт однократного выполнения процедуры локальной оптимизации. Основу метода составляет предложенный алгоритм послойного размещения центров атомов кластера, позволяющий формировать структурные конфигурации, часто встречающиеся среди кластеров с глобально-минимальной энергией взаимодействия его атомов. Данный алгоритм предоставляет возможность строить пространственные конфигурации плотной упаковки шаров при формировании икосаэдрических и декаэдрических структур, а также полных икосаэдров с большим количеством атомов. С помощью предложенного метода достигнуты минимальные значения энергии атомных кластеров Морса больших размеров ( N = 817, 923 и 1415), которые являются рекордными для кластеров Морса с r = 6.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложена гибридная модель прогнозирования, включающая рекуррентную схему штрафного P -сплайна с адаптацией параметров на основе алгоритмов эволюционной оптимизации. В задачах краткосрочного прогнозирования, особенно в системах реального времени, актуальной является задача повышения скорости прогноза без ухудшения его качества. Высокая скорость прогнозирования в данном подходе достигается экономичной вычислительной схемой рекуррентного P -сплайна при малой глубине предыстории. А одновременная адаптация нескольких параметров P -сплайна позволяет управлять точностью прогноза.
Бесплатно
