Том 56 № 1 2020 (ЯНВАРЬ – ФЕВРАЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

1. Гибин И. С., Козик В. И., Нежевенко Е. С. Генерация изображений в инфракрасном диапазоне на основе микрозеркальных технологий

Аннотация:
Проанализированы принципы построения проекторов инфракрасных сцен на основе микрозеркальных технологий как одних из наиболее перспективных устройств для генерации ИК-изображений. Рассмотрены несколько типов проекторов, созданных на этих принципах и рассматриваемых с точки зрения функциональности, минимизации шумов, диапазона длин волн, в котором генерируются изображения. Представлены проблемы, которые возникают при конструировании проекторов инфракрасных сцен, базирующихся на DMD-технологиях, при генерации длинноволновых ИК-изображений.

Страницы: 3-12
DOI: 10.15372/AUT20200101

2. Пен Е. Ф. Особенности спектральных свойств объёмных отражательных голограмм диффузных объектов

Аннотация:
Определены особенности спектральных свойств объёмных отражательных голограмм диффузных объектов, заключающиеся в уширении контура спектрального отклика (рефлекса) как в коротковолновую, так и в длинноволновую области спектра в случае отличия угла падения зондирующего пучка белого света от направления распространения опорной волны при записи голограмм. Этот эффект существенно отличается от известного случая угловой зависимости рефлекса элементарной объёмной отражательной решётки. Дано теоретическое объяснение экспериментальным данным, выведены формулы, по которым выполнены расчёты спектров пропускания исследуемых решёток, качественно согласующиеся с экспериментом.

Страницы: 13-22
DOI: 10.15372/AUT20200102

3. Шипко В. В. Фильтрация шума на гиперспектральных изображениях

Аннотация:
Предложен подход к фильтрации гиперспектральных изображений, искажённых гауссовским аддитивным шумом, основанный на использовании свойства межканальной избыточности таких изображений. Разработанный алгоритм фильтрации шума позволяет сохранить контурный и яркостный портреты объектов в отдельных компонентах гиперспектрального изображения в отличие от алгоритмов линейной покомпонентной и векторной фильтрации, а также алгоритма усреднения по набору компонент. Полученные результаты численных исследований свидетельствуют о преимуществе межканальной градиентной реконструкции в точности восстановления искажённых аддитивным шумом компонент гиперспектральных изображений. Показана эффективность предложенного подхода на примере обработки реальных гиперспектральных изображений.

Страницы: 23-32
DOI: 10.15372/AUT20200103

4. Лысаков К. Ф., Облаухов К. К., Шадрин М. Ю. Реализация на базе FPGA алгоритмов выявления искажений изображения в результате компрессии

Аннотация:
Рассмотрена реализация алгоритмов сравнительного анализа качества телевизионного изображения. Для обеспечения возможности непрерывной работы в темпе поступления данных предложено использование платформы Xilinx Zynq-7000, совмещающей преимущества FPGA и процессора общего назначения. Предлагается программная архитектура алгоритмов сравнения качества видеосигнала методом измерения с полным эталоном.

Страницы: 33-38
DOI: 10.15372/AUT20200104

5. Власов Е. В., Бартош В. С., Кузиковский С. А. Визуальное восприятие пространства в мультифокальных трёхмерных дисплеях, стимулирующих аккомодацию

Аннотация:
Анализируется влияние устройства просмотра — мультифокального 3D-дисплея — на визуальное восприятие и оценку пользователем глубины и размеров объектов. В качестве модели эксперимента выбрана методика Холуэя — Боринга, доказавшая, что в восприятии признаков расстояния решающая роль принадлежит константности восприятия размера. Проведённая серия экспериментов показывает, что мультифокальные 3D-дисплеи предоставляют достаточно надёжную информацию об удалённости и размерах предметов, что позволяет не нарушать закона константности восприятия.

Страницы: 39-45
DOI: 10.15372/AUT20200105

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

6. Мостовой Я. А., Бердников В. А. Оптимизация управления группой подвижных объектов в условиях неопределённости

Аннотация:
Рой подвижных объектов координирует положение отдельных своих объектов для того, чтобы решить одновременно распределённым образом заданную общую задачу. При планировании операций роя возникает задача учёта возможности его оперативной перегруппировки, так как точная цель операции роя или ещё не определена, или представляет секрет, или задаётся рядом случайных обстоятельств. При этом ресурсов роя недостаточно для одновременного заданного покрытия всех возможных целей в зоне обслуживания. Поэтому исполнение операции роя целесообразно проводить в две фазы и первую предварительную фазу начинать ещё до разрешения упомянутых неопределённостей путём создания базовой сети с относительно малой концентрацией объектов роя в ней. В этом случае можно существенно сократить время проведения операции. Во второй фазе операции путём локальной одновременной перегруппировки объектов роя, занимающей минимальное время, формируется программируемый перколяционный путь, обеспечивающий целевое покрытие зоны обслуживания. Решение этой задачи проводится методами теории программируемой перколяции. Численно с использованием результатов статистического моделирования двухфазных операций и аналитически получено значение концентрации объектов роя, обеспечивающее минимум суммарных затрат двухфазной операции. Рассмотрена синергетика информационного взаимодействия роя объектов при реализации программируемого перколяционного пути.

Страницы: 46-58
DOI: 10.15372/AUT20200106

7. Тимофеев А. В., Грознов Д. И. Классификация источников сейсмоакустической эмиссии в оптоволоконных системах мониторинга протяжённых объектов

Аннотация:
Предложен новый метод автоматической классификации источников сейсмоакустической эмиссии в оптоволоконных системах мониторинга, основанных на принципах оптической рефлектометрии во временной области с использованием восстановления фазы интерференционного сигнала во времени. Новизна подхода заключается в оригинальных принципах формирования пространства классификационных признаков и применении классификаторов ансамблевого типа. Такой метод работоспособен при условии применения сравнительно небольшой по объёму обучающей базы данных. Показана высокая практическая эффективность предложенного подхода при работе на реальных данных. Равномерно по различным классам целей достигнута величина надежности классификации, прежде недоступная для альтернативных методов классификации, реализуемых в серийных оптоволоконных системах мониторинга.

Страницы: 59-73
DOI: 10.15372/AUT20200107

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

8. Арбузов В. А., Арбузов Э. В., Дубнищев Ю. Н., Золотухина О. С., Лукашов В. В. Восстановление методами гильберт-оптики поля температуры при горении предварительно перемешанных пропано-воздушных смесей

Аннотация:
Струйное горение предварительно перемешанных пропано-воздушных смесей имеет широкий спектр применения в различных устройствах. Проводится исследование пламени методами гильберт-оптики. Адаптированная к изучению проблем горения диагностика основана на визуализации фазовых возмущений, индуцированных в зондирующем световом поле исследуемой средой, путём использования полихроматических преобразований Гильберта и Фуко — Гильберта в сочетании с попиксельной обработкой динамической структуры регистрируемых изображений. Диагностический комплекс реализован на базе серийного прибора ИАБ-463М с модифицированными узлами оптической фильтрации, источника и обработки информации. Визуализирована динамическая фазовая структура пропано-воздушного пламени. В реперных точках горящей струи с помощью термопар измерены значения температуры. На осесимметричных участках из гильбертограмм восстановлена фазовая функция и с применением обратного преобразования Абеля реконструировано температурное поле пламени.

Страницы: 74-82
DOI: 10.15372/AUT20200108

9. Антипин А. Ф., Антипина Е. В. Моделирование технологических процессов и объектов на основе нечёткой логики с использованием многомерных интервально-логических регуляторов

Аннотация:
Рассматриваются особенности нечёткого моделирования технологических процессов и объектов, для которых невозможно или затруднительно построение адекватных математических моделей, с использованием многомерных интервально-логических регуляторов. Описываются предлагаемые алгоритмы и разработанное программное обеспечение. Приводятся результаты расчётов с применением способов нечёткого моделирования, показывающих высокую точность.

Страницы: 83-92
DOI: 10.15372/AUT20200109

10. Кондратьев А. Ю., Гончаренко А. И. Исследование применимости низкоразрядных представлений чисел с плавающей запятой для эффективных вычислений в нейронных сетях

Аннотация:
Изучена возможность работы нейронных сетей на типах данных низкой разрядности с плавающей запятой (minifloat). Выполнены вычисления с использованием аккумулятора float16 для промежуточных вычислений. Осуществлена проверка качества работы на свёрточных нейронных сетях GoogleNet, ResNet-50, MobileNet-v2, а также на рекуррентной сети DeepSpeech-v01. Эксперименты показали, что качество работы указанных нейронных сетей с 11-разрядными minifloat не уступает качеству работы сетей со стандартным типом float32 без проведения дополнительного обучения. Результаты свидетельствуют о том, что числа с плавающей запятой низкой разрядности можно использовать для создания эффективных вычислителей, специализирующихся на работе нейронных сетей.

Страницы: 93-99
DOI: 10.15372/AUT20200110

11. Аульченко В. М., Жуланов В. В., Шехтман Л. И. Разработка специализированной интегральной схемы для регистрации сигналов в экспериментах по изучению быстропротекающих процессов

Аннотация:
Представлена разработка новой интегральной схемы, предназначенной для считывания сигналов в кремниевом микрополосковом детекторе в условиях экспериментов по наблюдению быстропротекающих процессов на пучке синхротронного излучения. Первые варианты такой схемы были установлены в прототипе детектора на основе микрополоскового кремниевого сенсора и тестировались на интенсивном пучке синхротронного излучения на накопителе ВЭПП-4М в Институте ядерной физики СО РАН. Результаты первых измерений показывают, что основные задачи этой разработки достигнуты: временное разрешение, частота смены кадров удовлетворяют первоначальным спецификациям, а максимальный регистрируемый сигнал в линейном режиме работы позволяет существенно увеличить регистрируемый поток фотонов по сравнению с предыдущей версией детектора, базирующейся на газовой технологии. Главной проблемой, обнаруженной при испытаниях прототипа, является сравнительно высокий уровень шума, который будет понижен в следующей версии интегральной схемы благодаря оптимизации некоторых схемных решений.

Страницы: 100-108
DOI: 10.15372/AUT20200111

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

12. Угожаев В. Д. Вращательная перестройка периода голографической решётки в беззеркальном интерферометре с неподвижным фотоприёмником

Аннотация:
В рамках геометрической оптики проведён анализ вращательной перестройки периода интерференционной картины, формируемой сходящимися световыми пучками на фотоприёмнике, неподвижном относительно беззеркального двухлучевого интерферометра на основе светоделительного кубика. Выведены уравнения, решения которых представляют собой зависимости диапазона перестройки от базового положения исходного светового пучка на входной поверхности кубика и от диаметра этого пучка. Указанные зависимости получены для нескольких значений показателя преломления материала кубика, показана значимость этого параметра для характеристик исследованного интерферометра.

Страницы: 109-123
DOI: 10.15372/AUT20200112

13. Рыбак А. А., Николаев Н. А., Кузнецов С. А., Yang Sh.-H. Применение ёмкостных микроструктур в качестве антиалиасных фильтров для задач широкополосной импульсной терагерцовой спектроскопии

Аннотация:
Впервые рассмотрен подход, основанный на применении высокоэффективных ёмкостных микроструктур в качестве антиалиасных (anti-aliasing) фильтров в широкополосной импульсной терагерцовой спектроскопии в случае низкочастотных (субтерагерцовых) измерений. Подход апробирован при измерении спектров эталонных образцов — полосовых пропускающих фильтров с центральными частотами 156 и 376 ГГц и шириной полосы 12 %. Показано уменьшение времени измерения спектрометра до 12 раз при повышении точности измерений за счёт нивелирования долговременного дрейфа нормировочного сигнала. Предполагается, что данный подход применим для увеличения динамического диапазона и отношения сигнал/шум спектрометра в субтерагерцовом диапазоне.

Страницы: 124-132
DOI: 10.15372/AUT20200113