Том 55 № 3 2019 (МАЙ – ИЮНЬ)
СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ
1. Громилин Г. И., Косых В. П., Попов С. А., Стрельцов В. А. Подавление фона с резкими перепадами яркости в последовательности изображений динамических малоразмерных объектов
Аннотация:
В системах космического мониторинга околоземного пространства существует задача обнаружения слабоконтрастных подвижных объектов в изображениях с мощным пространственно-нестационарным фоном, значительно превышающим случайный (как правило, слабо коррелированный) шум регистрации. Наиболее эффективным способом повышения отношения сигнал/фон в условиях различия скорости движения объектов и фона является межкадровая обработка последовательности изображений, реализующая подавление фоновой составляющей в текущем кадре за счёт вычитания его оценки, полученной по предыдущим кадрам. Проблема заключается в наличии априори неизвестного движения фона, приводящего на участках его резких изменений к существенным ошибкам в формировании оценки. Исследован алгоритм межкадровой обработки, позволяющий оценить небольшие локальные движения фона и компенсировать их вплоть до долей шага дискретизации. Приведены результаты натурного моделирования, показывающие возможность подавления фоновой составляющей вплоть до уровня шума даже на участках с резкими изменениями фона.
Страницы: 3-12
DOI: 10.15372/AUT20190301
2. Воскобойников Ю. Е. Оценивание оптимальных параметров пространственно-локальных алгоритмов фильтрации сигналов
Аннотация:
Пространственно-локальные алгоритмы фильтрации сигналов и изображений широко используются в практике, поскольку содержат один или несколько параметров, от значений которых существенно зависит ошибка фильтрации. Выбор этих параметров из условия минимума ошибки фильтрации является известной проблемой, не получившей приемлемого решения. Предлагается статистический алгоритм, позволяющий с достаточной точностью оценить оптимальные параметры двух пространственно-локальных фильтров. Приводится эффективный алгоритм оценивания дисперсии шума измерения.
Страницы: 13-21
DOI: 10.15372/AUT20190302
3. Лапко А. В., Лапко В. А., Им С. Т., Тубольцев В. П., Авдеенок В. Л. Непараметрический алгоритм выделения классов, соответствующих одномодальным фрагментам плотности вероятности многомерных случайных величин
Аннотация:
Рассматривается непараметрический алгоритм автоматической классификации больших массивов статистических данных. Его синтез основан на декомпозиции исходных данных. Результаты декомпозиции образуют множество центров многомерных интервалов и соответствующих им частот встречаемости значений случайных величин. На основе полученной информации обнаруживаются классы, соответствующие одномодальным фрагментам плотности вероятности признаков исследуемых объектов. Анализируется пространственная интерпретация результатов автоматической классификации. Полученные непараметрические алгоритмы имеют важное значение при обработке данных дистанционного зондирования природных ресурсов.
Страницы: 22-30
DOI: 10.15372/AUT20190303
4. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Сравнительная оценка параметров распределения накагами, полученная методами моментов и максимального правдоподобия
Аннотация:
Проведена сравнительная оценка параметров плотности распределения вероятностей, найденных с помощью методов максимального правдоподобия и моментов, по их точности и сложности алгоритмов оценивания. Получены выражения, позволяющие дать оценку параметров распределения Накагами методом максимального правдоподобия. Приведена методика нахождения оценок параметров распределения Накагами методом моментов, при которой моменты распределения заменяются их оценками. Отмечено, что оценки параметров методом максимального правдоподобия имеют меньшую дисперсию и смещение по сравнению с оценками по методу моментов особенно при малых объёмах выборки. Показано, что в отличие от оценки энергетических параметров для аппроксимации реальных законов распределения Накагами требуется большой объём статистических данных, описывающих сигнал.
Страницы: 31-37
DOI: 10.15372/AUT20190304
5. Волков Ю. В. Анализ температурных сигналов и алгоритм их кластеризации
Аннотация:
Приведены результаты анализа температурных сигналов. Представлена математическая модель температурного сигнала в форме колебания, модулированного по амплитуде и фазе. Вычисление амплитуды и фазы реализовано на основе теории аналитического сигнала. Амплитуда и фаза температурных сигналов применены в качестве критериев выделения климатических кластеров. Описан алгоритм климатической кластеризации.
Страницы: 38-44
DOI: 10.15372/AUT20190305
6. Журавель Ф. А., Скурлатов А. И., Щербаченко А. М. Определение и коррекция ошибок в сигналах квадратурных детекторов лазерных интерферометров
Аннотация:
Погрешности лазерных интерферометров, использующих квадратурные детекторы, зависят не только от самих интерферометров, но и от электронных систем обработки квадратурных сигналов. Существует три источника ошибок сигналов квадратурных детекторов: неравенство амплитуд квадратурных сигналов, сдвиг по фазе этих сигналов (не равен 90◦) и смещение нуля в каждом из сигналов, которые влияют на погрешность измерения перемещений. Рассматривается простой способ определения и коррекции этих ошибок, использующий экспериментальные данные о сигналах, полученных с помощью аналого-цифровых преобразователей. Предложенный способ применим к любому интерферометру с синусоидальными квадратурными выходами.
Страницы: 45-51
DOI: 10.15372/AUT20190306
7. Пакулич Д. В., Якимов С. А., Алямкин С. А. Распознавание возраста по изображению лица с использованием свёрточных нейронных сетей
Аннотация:
Задача определения возраста человека по изображению лица получила развитие с ростом популярности свёрточных нейронных сетей. Благодаря им появилась возможность выделять особенности лиц, которые незаметны взгляду человека, и интерпретировать эти особенности и их совокупность как возрастные характеристики. Проведён анализ существующих подходов к распознаванию возраста. Взяты данные из существующих наборов для обучения с последующей корректировкой в целях уменьшения ошибок, приобретённых при разметке алгоритмами сбора. Обучены и протестированы нейронные сети на полученных данных. Выявлена проблема с поворотом головы, для решения которой при обучении были предоставлены изображения лиц, повёрнутые с помощью нейронной сети PRNet.
Страницы: 52-61
DOI: 10.15372/AUT20190307
8. Нежевенко Е. С. Нейросетевая классификация трудноразличимых типов растительности по гиперспектральным признакам
Аннотация:
Экспериментально показано, что классификация фрагментов гиперспектрального изображения с предварительной трансформацией его спектральных признаков в главные компоненты и с применением пространственного преобразования Гильберта — Хуанга эффективна в случае трудноразличимых по гиперспектрам типов растительности. Проведено сравнение такой классификации с традиционными методами, когда используются гиперспектральные признаки, преобразованные в главные компоненты без привлечения пространственной информации. На конечной стадии классификации во всех методах применяются нейронные сети RBF.
Страницы: 62-70
DOI: 10.15372/AUT20190308
ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
9. Пен Е. Ф. Энергетическая эффективность фотоэлектрических панелей при использовании голографических решёток в качестве пассивных трекеров солнечного излучения
Аннотация:
Получены теоретические и экспериментальные оценки энергетической эффективности голографических решёток в качестве пассивных трекеров солнечного излучения. Установлено, что в условиях средней полосы России их применение может дать прирост сигнала фотоэлектрических панелей, вмонтированных в «умные» окна, примерно на 20 %. Повышение прироста сигнала до уровня 35 % возможно лишь при улучшении дифракционных свойств решёток — расширении контура угловой селективности с сохранением высокой дифракционной эффективности. Этого можно достичь либо путём разработки новых материалов с модуляцией показателя преломления более 0,1 при толщине регистрирующего слоя порядка 3 мкм, либо с использованием известных гибридных дифракционных структур в виде рельефа на поверхности объёмной решётки с модуляцией показателя преломления.
Страницы: 71-81
DOI: 10.15372/AUT20190309
10. Чугуй Ю. В. Приближённая модель формирования изображений объектов в частично когерентном свете
Аннотация:
Разработана конструктивная (приближённая) теория формирования изображений одномерных бинарных объектов в частично когерентной проекционной дифракционно-ограниченной системе при произвольном соотношении угловых размеров источника света и апертурной диафрагмы. Решение двумерной задачи для таких объектов можно свести к одномерной: к вычислению интеграла в виде свёртки объекта с обобщённым апертурным откликом, спектр которого имеет трапецеидальный профиль, определяемый параметрами системы. Полученный интеграл свёртки в дальнейшем подвергается нелинейному преобразованию, степень которого задаётся отношением угловых размеров источника к апертурной диафрагме. Показано, что профиль изображений, сформированных в частично когерентном свете, определяется пороговой характеристикой системы, обеспечивающей достоверное нахождение положения границ бинарных объектов. Предложена аппроксимация этой характеристики. Теория допускает простую физическую интерпретацию явлений в частично когерентных проекционных системах.
Страницы: 82-93
DOI: 10.15372/AUT20190310
11. Кирьянов А. В., Кирьянов В. П. Метод компенсации искажений траекторий относительного движения записывающего луча в лазерных генераторах изображений с круговым сканированием
Аннотация:
Анализируются предложения по компенсации искажений круговых траекторий, реализуемые в лазерных генераторах изображений с круговым сканированием в целях повышения точности синтеза топологии формируемых оптических элементов. Оценивается ожидаемый выигрыш в точности формирования топологии элементов при использовании фотоэлектрического метода регистрации биений оси вращения ротора шпинделя лазерного генератора.
Страницы: 94-102
DOI: 10.15372/AUT20190311
12. Паулиш А. Г., Загубисало П. С. Определение коэффициента тензочувствительности пьезооптических датчиков механических напряжений методом численного моделирования
Аннотация:
Методами численного моделирования проведён расчёт зависимости коэффициента тензочувствительности для пьезооптических датчиков механических напряжений от геометрических параметров его фотоупругого элемента. Показано, что чувствительность к силе пьезооптического датчика сильнее зависит от формы фотоупругого элемента, чем чувствительность к деформации. Проведён сравнительный анализ коэффициентов тензочувствительности и других параметров тензорезисторных, пьезоэлектрических, оптоволоконных и пьезооптических датчиков деформации как наиболее широко применяемых в промышленности. Коэффициенты тензочувствительности тензорезисторных и волоконно-оптических датчиков на три порядка ниже коэффициентов пьезооптических датчиков. Корректно рассчитанный коэффициент тензочувствительности пьезоэлектрических датчиков также на два-три порядка уступает коэффициенту пьезооптических датчиков. Проведено сравнение свойств и параметров современных промышленных датчиков механических напряжений, основанных на разных физических принципах, и показаны преимущества пьезооптических датчиков.
Страницы: 103-112
DOI: 10.15372/AUT20190312
13. Шиманский Р. В. Метод контроля погрешностей изготовления прецизионных синтезированных голограмм на круговых лазерных записывающих системах
Аннотация:
Разработан и исследован метод контроля точности изготовления прецизионных синтезированных структур на круговых лазерных записывающих системах с использованием специализированных микроструктур, формируемых по двум ортогональным направлениям. Данные микроструктуры состоят из двух частей, одна из которых формируется перед записью прецизионной структуры, а вторая — во время записи структуры. Сдвиг между первой и второй частью микроструктуры позволяет определить ошибки дрейфа, сдвига подложки и другие по каждой из координат. Метод даёт возможность повысить точность и достоверность сертификации изготовления прецизионных синтезированных структур.
Страницы: 113-119
DOI: 10.15372/AUT20190313
14. Бусурин В. И., Йин Наинг Вин, Жеглов М. А. Анализ влияния линейного ускорения на характеристики кольцевого оптоэлектронного преобразователя угловой скорости и его компенсация
Аннотация:
Представлен анализ влияния линейного ускорения на характеристики вибрационного кольцевого оптоэлектронного преобразователя угловой скорости с учётом жёсткости опор кольцевого резонатора. Предложен метод компенсации влияния линейного ускорения на характеристики преобразователя угловой скорости.
Страницы: 120-128
DOI: 10.15372/AUT20190314
