Обработка изображений, распознавание образов. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Статья научная
Актуальность задач обнаружения и распознавания объектов на изображениях и их последовательностях с годами только возрастает. За последние несколько десятилетий предложено огромное количество подходов и методов обнаружения как аномалий, то есть областей изображения, характеристики которых отличаются от прогнозных, так и объектов интереса, о свойствах которых есть априорная информация, вплоть до библиотеки эталонов. В работе предпринята попытка системного анализа тенденций развития подходов и методов обнаружения, причин этого развития, а также метрик, предназначенных для оценки качества и достоверности обнаружения объектов. Рассмотрено обнаружение на основе математических моделей изображений. При этом особое внимание уделено подходам на основе моделей случайных полей и отношения правдоподобия. Проанализировано развитие сверточных нейронный сетей, направленных на задачи распознавания и обнаружения, включая ряд предобученных архитектур, обеспечивающих высокую эффективность при решении данной задачи. В них для обучения используются уже не математические модели, а библиотеки реальных снимков. Среди характеристик оценки качества обнаружения рассмотрены вероятности ошибок первого и второго рода, точность и полнота обнаружения, пересечение по объединению, интерполированная средняя точность. Также представлены типовые тесты, которые применяются для сравнения различных нейросетевых алгоритмов.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается задача автоматического обнаружения поверхностных дефектов сварных соединений труб из нержавеющей стали в процессе производства. Показаны возможные дефекты, возникающие при дуговой сварке металла неплавящимся электродом в среде инертного газа. Приведено обоснование выбора метода решения задачи на основе моделирования и вычитания фона. Предлагается алгоритм обнаружения поверхностных дефектов сварных соединений на кадрах видеопоследовательностей, учитывающий специфику конкретной области. Модели фона строились методами усреднения кадров и Гауссовой смеси. Проведены экспериментальные исследования работы алгоритма на примерах обработки кадров видеопоследовательностей, полученных со статичной камеры. Полученные результаты подтверждают, что для автоматического обнаружения дефектов сварки подходящим является метод построения модели фона, основанный на усреднении кадров, поскольку дефекты различны и имеют характерные особенности. Предлагаемый алгоритм позволяет обнаруживать и выделять дефектную область в сварном соединении на кадрах видеопоследовательностей. Результаты экспериментов показывают, что алгоритм удовлетворяет требованиям непрерывного оперативного обнаружения поверхностных дефектов.
Бесплатно
Обнаружение световозвращающих объектов на основе поиска пространственных аномалий
Статья научная
Данная работа посвящена исследованию методов обнаружения световозвращающих объектов, в т.ч. оптических и оптико-электронных приборов наблюдения, на основе поиска пространственных аномалий в изображениях, сформированных в системах лазерной импульсной локации. Разработаны алгоритмы и программно-аппаратные средства обнаружения световозвращающих объектов. При этом особое внимание уделено различным способам формирования разностных кадров при периодической подсветке, в т.ч. с предварительным замещением каждого пикселя фоновых изображений на максимальное значение по соответствующей окрестности. Продемонстрирована эффективность предложенных методов для обнаружения световозвращающих объектов в условиях интенсивного солнечного освещения, несмотря на наличие в поле зрения зеркальных и диффузных отражающих поверхностей.
Бесплатно
Статья научная
Обоснован целесообразный спектральный диапазон источников излучения для применения в автоматической системе посадки беспилотных летательных аппаратов. Предложен способ синхронизации фотоэкспозиции системы технического зрения и излучения ориентиров для однозначного определения их взаимного расположения. Приведены результаты экспериментальных исследований.
Бесплатно
Обработка данных оптических триангуляционных сканеров для измерения профилей рельсов
Статья научная
В статье представлены алгоритмы совмещения профиля измеряемого рельса с профилем неизношенного рельса. Работа алгоритмов основана на вычислении параметров преобразования, связывающего между собой два профиля, один из которых задан совокупностью точек, а второй - уравнениями линий. Алгоритмы предназначены для измерения износов рельса по данным триангуляционных сканеров на вагоне-путеизмерителе.
Бесплатно
Обработка и анализ изображений на основе использования информации о фазе
Статья научная
В работе представлены основные подходы к использованию фазовой информации в задачах анализа, обработки и восстановления изображений. Приведены описания фазовых алгоритмов и примеры результатов их работы. Предложена методика применения фазовой информации на основе проекционного метода Эрмита.
Бесплатно
Одноэтапный детектор лиц и особых точек на цифровых изображениях
Статья научная
Поиск особых точек лица является важной подзадачей в решении ряда задач лицевой биометрии. В системах распознавания лиц построение биометрического шаблона происходит по предварительно выровненному (нормализованному) изображению лица, этап нормализации включает в себя задачу поиска основных точек лица. Актуальной в подобной задаче является проблема баланса между качеством работы детектора особых точек и скоростью. В данной статье предложен одноэтапный детектор лиц и особых точек на базе глубоких конволюционных нейронных сетей, работающий в режиме реального времени и достигающий высокого качества на ряде известных тестовых выборок (AFLW2000, COFW, Menpo2D). Предлагаемый детектор лиц и особых точек основан на идее одноэтапного детектора объектов SSD, зарекомендовавшего себя как алгоритм, обеспечивающий высокую скорость работы и высокое качество обнаружения объектов. В качестве базовой архитектуры глубоких конволюционных нейронных сетей используется сеть ShuffleNet V2. Важной особенностью предлагаемого алгоритма является то, что обнаружение лица на изображении и поиск ключевых точек делается за один проход глубоких конволюционных нейронных сетей, что позволяет значительно экономить время на этапе внедрения. Также подобная многозадачность позволяет снизить процент ошибок в задаче поиска особых точек, что позитивно сказывается на качестве работы итогового алгоритма распознавания лиц.
Бесплатно
Описание изображений с использованием конфигурационного отношения эквивалентности
Статья научная
В работе предлагается подход к построению описания данных и изображений, основанный на поиске оптимальной конфигурации (перестановки) их составляющих (отсчётов, областей, векторов признаков и др.). Критерий качества конфигурации, который может быть выбран в соответствии с прикладной задачей, определяет понятие оптимальности конфигурации. Конкретные конфигурации разбивают все множество анализируемых данных/изображений на эквивалентные подклассы, описания которых совпадают. Рассматриваются задачи инвариантности описаний, устойчивости предлагаемого представления, связи предлагаемого подхода с известными решениями: LBP и знаковым представлением изображения. Дана иллюстрация решения прикладной задачи с использованием предлагаемого подхода.
Бесплатно
Описание изображений с использованием модельно-ориентированных дескрипторов
Статья научная
В работе предлагается подход к построению описания изображений, основанный на их представлении с использованием набора модельно-ориентированных дескрипторов. Каждый дескриптор характеризует «схожесть» анализируемого изображения, представленного в виде комплекснозначного поля градиента, с некоторой предварительно выбранной моделью этого дескриптора. Для синтеза моделей дескрипторов в работе предлагается использовать метод главных компонент, применяемых для множества реализаций комплекснозначных градиентных полей. Предлагаемый подход позволяет получить описание комплекснозначного поля градиента анализируемого изображения в виде набора вещественных величин - признаков дескрипторов - из интервала [0, 1], которые одновременно характеризуют и фазовую, и абсолютную составляющую градиента изображения. Эффективность предлагаемого подхода демонстрируется на примере решения задачи распознавания лиц путем сопоставления с решением-прототипом (методом «собственных лиц»), использующим непосредственно полутоновые изображения. Сравнение выполняется с использованием классификатора по ближайшему соседу.
Бесплатно
Определение объёмного содержания волокон в слоистых композитах оптическими методами
Статья научная
Рассматривается задача определения объёмного содержания армирующего волокна в нитях слоистых композитов с тканевыми заполнителями. В качестве источника информации о структуре материала используются цифровые микроизображения шлифованной поверхности поперечных сечений композитов. Обсуждаются методы и особенности анализа растровых микроскопических снимков гетерогенного материала, связанные с переменной яркостью пикселей и размытостью границ «волокно-связующее». В целях сокращения трудоёмкости и повышения объективности обработки изображений предлагается и строится специальный автоэнкодер. Изложение сопровождается сквозным демонстрационным примером исследования структуры типового конструкционного углепластика. Показано существенное ускорение процесса обработки изображений с использованием свёрточного автоэнкодера и хорошее согласование результатов с тщательным ручным анализом.
Бесплатно
Оптимизация интерполятора многомерного сигнала в пространстве уменьшенной размерности
Статья научная
Разрабатываются адаптивные интерполяторы многомерного сигнала, учитывающие наличие и направление границ гладких областей сигнала в каждой локальной окрестности за счёт автоматического выбора интерполирующей функции для каждого отсчёта сигнала. Выбор интерполирующей функции производится посредством параметризованного правила, оптимизация которого производится в параметрическом пространстве уменьшенной размерности. Уменьшение размерности выполняется с использованием ранговой фильтрации локальных разностей в окрестности каждого отсчёта сигнала. Интерполирующие функции адаптивных интерполяторов записываются для многомерного, трёхмерного и двумерного случаев. Также рассматривается применение адаптивных интерполяторов в задаче компрессии многомерных сигналов. Приводятся результаты экспериментального исследования адаптивных интерполяторов на реальных многомерных сигналах различных типов.
Бесплатно
Оценка ошибок синтеза изображений с суперразрешением на основе использования нескольких кадров
Статья научная
Предлагаемая работа показывает возможность оценки ошибок синтеза изображений с суперразрешением, полученных на основе использования нескольких кадров. Показана возможность выявления областей с большими ошибками интерполяции, основываясь только на применяемом методе интерполяции и интерполируемых данных. Продемонстрирована возможность определения необходимого количества использованных для формирования изображения кадров по величине оценки ошибок интерполяции. В данной работе приводятся как результаты интерполяции сформированных тестовых кадров, способ корреляционного субпиксельного определения сдвигов кадров относительно 1 кадра, так и оценка возникающих при этом ошибок интерполяции. Показано, что до проведения измерений нельзя предсказать количество кадров, необходимое для достижения необходимого уровня ошибок интерполяции. Предлагаемый метод позволяет контролировать величину ошибок в процессе измерений. Показано, что оценка ошибок метода суперразрешения, основанная на тестовых изображениях, малоперспективна, поскольку величина ошибок зависит как от самого изображения, так и от набора субпиксельных смещений кадров низкого разрешения. Приведён весь путь получения результатов работы, начиная от формирования тестового изображения и заканчивая выводами.
Бесплатно
Статья научная
Электроретинография является перспективным методом электрофизиологического тестирования, позволяющего диагностировать заболевания, связанные с нарушениями сосудистых структур сетчатки зрительного анализатора. Классический анализ электроретинограммы строится на оценке 4 параметров в амплитудно-временном представлении и часто нуждается в конкретизации с использованием альтернативных методов диагностики. В настоящем исследовании предлагается использование оригинального алгоритма поддержки принятия решения врачом для диагностирования дистрофии сетчатки. Алгоритм построен на базе методов машинного обучения и использует параметры, извлеченные из вейвлет-скалограммы педиатрических и взрослых сигналов электроретинограмм. Также в исследовании используется размеченная база данных педиатрических и взрослых сигналов электроретинограмм, записанная с помощью компьютеризированной электрофизиологической рабочей станции EP-1000 (Tomey GmbH) в Екатеринбургском центре МНТК «Микрохирургия глаза». Научная новизна настоящего исследования заключается в разработке специального алгоритмического обеспечения для анализа процедуры извлечения параметров из вейвлет-скалограммы сигнала электроретинограммы с использованием функции cwt библиотеки PyWT, где в качестве базисной функции был выбран вейвлет Гаусса 8-го порядка. Также научная новизна заключается в разработке алгоритма анализа сигналов электроретинограмм, который в сравнении с классическим анализом реализует классификацию взрослых сигналов электроретинограммы на 19 % точнее, а педиатрических сигналов на 20 % точнее, чем классический анализ.
Бесплатно
Параметризованная интерполяция при комплексировании многомерных сигналов различного разрешения
Статья научная
Производится адаптация параметризованных алгоритмов интерполяции к задаче комплексирования многомерных сигналов различного разрешения. Конкретизируются интерполирующие функции, правила переключения между ними и локальные признаки, на основе которых осуществляется выбор интерполирующей функции в каждой точке сигнала. Производится оптимизация параметризованных алгоритмов интерполяции, исходя из минимизации погрешности интерполяции. Рекуррентная схема оптимизации интерполятора рассматривается для ситуации недоступности интерполируемых отсчётов на этапе настройки интерполяционной процедуры. Производятся вычислительные эксперименты по исследованию предложенных интерполяторов при комплексировании реальных многомерных сигналов различных типов. Экспериментально подтверждается, что использование параметризованных интерполяторов позволяет повысить точность комплексирования.
Бесплатно
Повышение эффективности анализа изображений МРТ головного мозга с использованием отбора признаков
Статья научная
В данной статье рассматривается возможность повышения качества анализа изображений МРТ головного мозга в различных режимах сканирования путем использования алгоритмов жадного отбора признаков. Всего было рассмотрено пять последовательностей МРТ. Формирование текстурных признаков производилось с использованием програм-много комплекса MaZda. С использованием алгоритма рекурсивного отбора признаков удалось повысить точность определения типа опухоли с 69 % до 100 %. С помощью комбинированного алгоритма отбора признаков удалось повысить точность определения необходимости лечения пациента с 60 % до 78 % и с 81 % до 88 % в случае использования дополнительного класса, содержащего в себе данные пациентов, у которых точный результат лечения не известен. Использование текстурных признаков в совокупности с признаком, отвечающим за тип менингиомы, позволило однозначно определить необходимость лечения пациента.
Бесплатно
Статья научная
Классификация типов подстилающей поверхности по мульти- и гиперспектральным изображениям традиционно осуществляется на основе анализа диаграмм рассеяния значений пикселей в многомерном пространстве признаков, в качестве которых используются яркости в отдельных каналах. Для повышения достоверности классификации используются подходы, основанные на учете характеристик каждого пикселя и пикселей его ближайшей окрестности, т.е. на совместном анализе спектральных и пространственных признаков. В данной работе на тестовом гиперспектральном изображении выполнены исследования эффективности методов спектрально-пространственной классификации данных, учитывающих пространственную информацию на различных этапах обработки. Особое внимание уделено подбору размера ядра пространственной обработки. Продемонстрировано, что включение в анализ окрестностей пикселей на любом этапе повышает точность классификации, однако наибольшую эффективность демонстрируют методы предварительной обработки исходных данных. При этом лучшие результаты достигаются при сочетании предварительной обработки сырых данных (до выполнения процедур попиксельной спектральной классификации) и апостериорной обработки результирующих картосхем. Отмечена перспективность многомасштабного сглаживания исходных изображений с кратным количеству масштабов увеличением числа спектрально-пространственных признаков, позволяющего исключить процедуру предварительного подбора масштаба пространственной обработки.
Бесплатно
Подход к динамической визуализации разнородных геопространственных векторных изображений
Статья научная
Одной из известных проблем геоинформационных программных библиотек при визуализации геопространственных данных является низкая эффективность и ограниченность покадрового изменения группы пространственных слоев с временной привязкой. Среди наиболее значимых трудностей визуализации можно отметить невозможность синхронного переключения группы пространственных слоев по временному параметру, что негативно сказывается на результатах оценки временной анизотропии соответствующих пространственных данных. Проблема усугубляется также разнородностью пространственной информации, что выражается в шагах дискретизации, форматах, используемых геопространственных примитивах. Выявленная проблема существенно затрудняет решение задач, связанных с анализом пространственно-временной информации в различных научных и прикладных областях. Ярким примером тому является решение задачи анализа пространственно-временной анизотропии геофизической информации, что с точки зрения визуализации, предполагает возможность оценки ретроспективных данных в динамическом режиме за заданный временной интервал. В работе предложен подход, позволяющий выполнить интеграцию разнородных векторных геопространственных данных для последующих обработки, анализа и визуализации. Эффективность разработанного подхода была подтверждена на примере веб-приложения, обеспечивающего визуализацию геопространственного изображения в виде комплекса пространственных полилиний произвольных данных, а также при решении задачи анализа пространственно-временных вариаций геофизических данных.
Бесплатно
Подход к обнаружению и устранению артефактов пространственных изолиний в приложениях веб-ГИС
Статья научная
Одной из распространенных проблем современных геоинформационных веб-ориентированных библиотек и интерфейсов при построении пространственных изолиний является присутствие в результирующем наборе множественных артефактов, в частности, разомкнутых линий уровня. Как следствие, сформированный набор пространственных изолиний после процедуры веб-рендеринга затрудняет анализ пространственного распределения соответствующих параметров, с одной стороны, и снижает качество рендеринга пространственного изображения, с другой. При этом особенно критичны артефакты пространственных изолиний для больших объемов данных. В работе предложен подход, позволяющий выполнить корректировку программно сформированных изолиний посредством идентификации разомкнутых линий и их последующего выборочного соединения либо замыкания. С точки зрения программной реализации представленный подход практически не изменяет времени отклика серверных сценариев. Эффективность разработанного подхода была подтверждена на примере веб-приложения, обеспечивающего визуализацию геопространственного изображения в виде комплекса пространственных изолиний геофизических параметров в области аврорального овала.
Бесплатно
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 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
