Обработка изображений, распознавание образов. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
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
Статья научная
В работе исследуется метод расчета маски облачности, основанный на использовании нескольких сверточных нейросетевых классификаторов с применением метода бутстрэпинга. Разработанный на его основе алгоритм позволяет обнаруживать облачность на спутниковых изображениях спектрорадиометра Advanced Himawari Imager, установленного на геостационарные космические аппараты Himawari-8 и 9, независимо от условий наблюдения и освещения на территории Азиатско-Тихоокеанского региона. Точность полученных результатов оценена с использованием маски облачности, предоставляемой Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США, NOAA. Численная оценка и визуальный анализ показали достаточно высокую точность разработанного алгоритма, в том числе в сравнении с ранее представленной авторами версией классификатора. Среднее значение f1-меры в сравнении с масками NOAA составляет от 75% в сумеречное время суток до 85% в дневное время, что позволяет использовать предложенный алгоритм для расчета различной тематической продукции гидрометеорологического назначения.
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
Статья научная
В настоящей работе приведен обзор современных методов восстановления и улучшения качества подводных изображений, а также анализ преимуществ и недостатков методов применительно к результатам съемки, полученным в ходе морских глубоководных геологоразведочных работ. В связи с тем, что основными критериями выбора метода обработки является именно точность и достоверность восстановления подводных изображений, а не быстродействие и улучшение восприятия кадра, наиболее целесообразным является выбор методов, основанных на традиционном подходе и использовании априорной информации, полученной от аппаратных датчиков комплекса, об условиях съемки и взаимном положении камеры и объекта съемки.
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 адаптивной пространственной интерполяции геофизической информации
Статья научная
Одной из проблем обработки пространственной информации в прикладных областях является ее выраженная пространственная анизотропия, обусловленная как неравномерным распределением источников данных по земной поверхности, так и их временной неработоспособностью ввиду технических сбоев и человеческого фактора. Указанная проблема создает ощутимые препятствия как в изучении различных процессов, так и в процессах принятия решений на основе такой информации. Так, выраженной пространственной анизотропией обладает геофизическая информация, в частности, геомагнитные данные, которые в режиме реального времени регистрируются сетью магнитных обсерваторий по всему миру. При этом известные методы интерполяции, не учитывающие ни особенности описываемых процессов, ни их зависимость от внешних факторов, недостаточно эффективно справляются с задачей. В работе предложен подход к адаптивной пространственной интерполяции, основной идеей которого является определение статистических и геостатистических методов интерполяции, наиболее эффективных при различных сочетаниях внешних и внутренних факторов. Далее в процессе интерполяции искомое значение восстанавливается выделенным методом на основе геопространственной привязки и внешних факторов. На примере геомагнитной информации посредством разработанного веб-ориентированного прототипа программного решения показана эффективность подхода. Установлено, что предложенный авторами подход к адаптивной пространственной интерполяции позволяет снизить значение среднеквадратической ошибки восстановления данных по сравнению с известными подходами.
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
Поиск объектов на изображениях с использованием структурного дескриптора на основе графов
Статья научная
В работе рассматривается разработка структурного дескриптора для поиска объектов на изображениях. Дескриптор построен на основе графа, вершинами которого являются центры масс сегментов особенностей. Для вложения графа в векторное пространство используется преобразование Юнга - Хаусхолдера. Предложенный способ вложения графа в векторное пространство базируется на методах дифференциальной геометрии. Для описания связи между точками используются составные кривые. Граф изображения описывается матрицей параметров кривизны. С помощью метрики Хаусдорфа вычисляется матрица расстояний для графов объекта-кандидата и объекта-эталона. Для представления результатов используется метод многомерного шкалирования. Для исследования разработанного подхода были использованы изображения тестовых объектов и изображения лиц людей. При обнаружении головы человека на изображениях сравнение разработанного дескриптора осуществлялось с методом Виолы - Джонса. Достоинством разработанного подхода является инвариантность к повороту изображения на плоскости при поиске объектов. Также дескриптор позволяет обнаруживать объекты с углом поворота в пространстве до 50 градусов. Использование центров масс сегментов особенностей в качестве вершин графа значительно повышает устойчивость подхода при изменении ракурса съёмки по сравнению с подходом, в котором вершинами графа являются особые точки изображения.
Бесплатно
Поиск редких данных в задаче распознавания лиц на изображениях
Статья научная
Одной из основных проблем современных нейросетевых дескрипторов в задаче идентификации лиц является малое число обучающих примеров определенного типа: изображения плохого качества, разный масштаб или освещение, лица детей, пожилых людей, редкие расы. В результате точность распознавания оказывается низкой для входных изображений, не похожих на большинство изображений в наборе данных, используемом для настройки метода извлечения признаков. В работе предлагается способ преодоления такой проблемы за счет автоматического обнаружения нетипичных входных изображений на основе введения предварительного этапа их автоматической отбраковки. Для этого используется специальная свёрточная сеть, обученная на наборе редких данных, которые обрабатывались с помощью известных алгоритмов преобразования изображений. Для повышения вычислительной эффективности решение о наличии редкого изображения принимается на основе того же дескриптора лица, который используется в классификаторе. Экспериментальное исследование подтвердило преимущества в точности предложенного подхода для нескольких наборов данных лиц и современных нейросетевых дескрипторов.
Бесплатно
Статья научная
В статье предлагается новая полухрупкая система встраивания цифровых водяных знаков для защиты изображений, обладающая возможностью локализации несанкционированных искажений и восстановления искаженных фрагментов изображения. Система адаптирована к методу компрессии HGI и, подобно ему, использует иерархическую структуру изображения при встраивании информации. Отличие заключается в замене этапа квантования постинтерполяционных остатков, присутствующего в HGI, специальным квантователем, основанным на методе Quantization Index Modulation. В результате встроенный водяной знак становится устойчивым к компрессии HGI вплоть до заданного пользователем уровня искажений, вносимых при сжатии. Проведенные эксперименты демонстрируют необходимость выбора баланса между качеством защищенного изображения и точностью локализации возможных изменений. Помимо отыскания маски искажённых областей, предлагаемая система позволяет восстанавливать искажённые фрагменты с приемлемым качеством за счёт встраивания данных исходного изображения в качестве водяного знака на других иерархических уровнях. Разработанная система может использоваться для защиты изображений дистанционного зондирования и медицинских изображений от злонамеренных искажений.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена проблеме синтеза фильтров с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтров) для коррекции радиально-симметричных искажений типа дефокусировки. Предлагается новая модель радиально-симметричного частотного отклика, являющаяся обобщением модели частотного отклика, который описывается аналитически в виде композиции отрезков квадратичной и экспоненциальной функций. Обобщение состоит в том, что вводится дополнительный участок постоянного частотного отклика, который расширяет область средних частот. В работе исследуется зависимость качества восстановления от параметра, характеризующего диапазон средних частот, в котором спектральная характеристика фильтра постоянна. Приводятся примеры реализации и результаты сравнения с оптимальным фильтром Винера.
Бесплатно
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 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
