Том 58 № 5 2022 (СЕНТЯБРЬ – ОКТЯБРЬ)
СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ
1. Сергеев В. В., Федосеев В. А., Шапиро Д. А. Фазовые цифровые водяные знаки для защиты видеосигналов
Аннотация:
Представлен новый метод встраивания стойких цифровых водяных знаков (ЦВЗ) в видеосигнал. Суть метода состоит в добавлении к каждому пикселю видеосигнала малозаметной синусоидальной последовательности, развивающейся во времени и имеющей индивидуальную фазу. Двумерное поле этих фаз соответствует изображению встраиваемого ЦВЗ. Описаны простые алгоритмы встраивания и извлечения ЦВЗ из видеосигналов. Приведены результаты экспериментальных исследований, демонстрирующие высокое качество извлечения ЦВЗ при их визуальной неразличимости, а также стойкость встроенной информации к искажениям видеоконтейнера.
Страницы: 3-13
DOI: 10.15372/AUT20220501
2. Ланге М. М., Парамонов С. В. О вероятности ошибки и вычислительной сложности распознавания образов в метрическом пространстве их древовидных представлений
Аннотация:
Исследуется точность классификации в терминах зависимости вероятности ошибки от количества обрабатываемой информации в пространстве древовидно-структурированных представлений распознаваемых объектов. Для заданного множества объектов приводится нижняя граница вероятности ошибки как функция средней взаимной информации между объектами и оценками их классов. Предлагается алгоритм направленного поиска решения о классе предъявляемого объекта по многоуровневым разделяющим функциям, и оценивается вычислительный выигрыш алгоритма относительно полного перебора. На множествах изображений лиц и подписей и на ансамбле этих источников демонстрируются экспериментальные зависимости средней вероятности ошибки и средней взаимной информации от параметра, определяющего вычислительный выигрыш алгоритма. Для указанных данных приводятся значения нижних границ вероятности ошибки, которые позволяют оценить избыточность вероятности ошибки алгоритма при различных значениях вычислительного выигрыша.
Страницы: 14-22
DOI: 10.15372/AUT20220502
3. Маковецкий А. Ю., Воронин С. М., Кобер В. И., Воронин А. В. Алгоритм регистрации неконгруэнтных облаков точек
Аннотация:
Алгоритмы регистрации облаков точек в трёхмерном пространстве вычисляют ортогональное преобразование, которое максимизирует согласованное перекрытие двух облаков точек. Наиболее распространённым методом регистрации с использованием исключительно геометрических характеристик является итерационный алгоритм ближайших точек (ICP). Недостаток классических вариантов ICP — зависимость их от начального расположения облаков точек. Алгоритмы грубой регистрации используются для нахождения подходящей начальной регистрации двух облаков. Предлагается новый алгоритм выделения общих частей и грубой регистрации облаков точек.
Страницы: 23-33
DOI: 10.15372/AUT20220503
4. Мурашов Д. М. Метод комбинирования карт сегментации изображений на основе минимизации информационной избыточности и вариации информации
Аннотация:
Предлагается новый двухуровневый метод комбинирования карт сегментации изображений на основе минимизации двухцелевого функционала качества. Функционал формируется в виде взвешенной суммы величин информационной избыточности и вариации информации, вычисляемых по оригинальному изображению и комбинированной карте сегментации. Такая мера позволяет получить разбиение изображения, обеспечивающее компромисс между условиями минимизации количества выделенных информационно важных сегментов и минимизации информационного различия между оригинальным изображением и полученным разбиением. Предлагаемый метод позволяет улучшить результат сегментации по сравнению с методом комбинирования разбиений на основе критерия минимума информационной избыточности.
Страницы: 34-42
DOI: 10.15372/AUT20220504
5. Андриянов Н. А., Васильев К. К., Дементьев В. Е., Белянчиков А. В. Восстановление пространственно неоднородных изображений на базе дважды стохастической модели
Аннотация:
Рассматриваются вопросы восстановления изображений, когда доступна только часть наблюдений, подвергшихся аддитивному шуму. Другими словами, решается задача восстановления прореженного изображения (по пилотным пикселям). При этом следует отметить, что сами прореженные пиксели смешиваются с белым гауссовским шумом. Для решения этой задачи были синтезированы специальные модификации нелинейных фильтров на основе глубоких дважды стохастических моделей Гаусса. Полученные результаты позволяют сделать вывод об эффективности предложенных фильтров по сравнению с линейными методами и традиционными алгоритмами. Исследование показывает возможность восстановления изображений с использованием только 50 % информации с помощью дважды стохастической модели, что приводит к относительной ошибке 9 %.
Страницы: 43-50
DOI: 10.15372/AUT20220505
6. Ташлинский А. Г., Коваленко Р. О. Компенсация влияния интерполяции при моделировании процесса оценивания пространственных деформаций изображений
Аннотация:
Предложена методика компенсации влияния интерполяции при моделировании алгоритмов оценивания взаимных пространственных деформаций изображений. Методика апробирована на ряде мер подобия изображений, используемых при синтезе алгоритмов, в частности среднего квадрата межкадровой яркости изображений, коэффициента межкадровой корреляции и взаимной информации Шеннона. Получены расчётные выражения для компенсации влияния билинейной и бикубической интерполяций. При этом разработанная методика применима и для других мер подобия, используемых при синтезе алгоритмов оценивания пространственных деформаций изображений, а также любых других интерполяций: сплайновых, с использованием многочленов Лагранжа, Ньютона, степенных функций и др.
Страницы: 51-57
DOI: 10.15372/AUT20220506
7. Фурсов В. А. Синтез устойчивых БИХ-фильтров на неравномерной системе отсчётов для коррекции дефокусировки
Аннотация:
Предложена технология обработки изображений БИХ-фильтром с целью устранения искажений типа дефокусировки. С использованием свойства центральной симметрии искажений двумерный фильтр сводится к одномерному с неравномерными отсчётами на системе окружностей с различными радиусами. Рассмотрена техника построения передаточных функций и разностных уравнений БИХ-фильтра на неравномерной системе отсчётов. Получены достаточные условия устойчивости для итерационной схемы реализации БИХ-фильтра. Приведён пример анализа устойчивости и синтеза БИХ-фильтра с заданной степенью устойчивости и результаты восстановления тестового изображения.
Страницы: 58-66
DOI: 10.15372/AUT20220507
МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
8. Карпов А. В., Козик В. И., Нежевенко Е. С., Шварц Я. Ш. О влиянии качества баз данных рентгеновских снимков больных туберкулёзом на диагностику болезни
Аннотация:
Исследуется надёжность обучающих выборок, используемых для обучения свёрточных нейронных сетей, которые применяются для диагностики лёгочных заболеваний. На примере базы Kaggle показано, что выборка, в которой 3500 рентгенограмм здоровых пациентов и столько же рентгенограмм больных туберкулёзом, весьма неоднородна. При обучении на разных частях выборки и распознавании различных её частей получаются существенно различные результаты.
Страницы: 67-74
DOI: 10.15372/AUT20220508
9. Гашников М. В., Чубарь М. А., Якубенко М. А. Методы и алгоритмы сжатия изображений на основе машинного обучения
Аннотация:
Разрабатывается технология сжатия изображений, базирующаяся на машинном обучении и использующая сегментацию исходного изображения на сохраняемые и отбрасываемые зоны. Сохраняемые зоны подвергаются сжатию, основанному на вложенных покрытиях изображения. Отбрасываемые зоны при декомпрессии заменяются достоверной имитацией. На всех этапах технологии сжатия (сегментация, аппроксимация пикселов сохраняемых областей, имитация отбрасываемых зон и др.) применяются алгоритмы машинного обучения, основанные на автоэнкодерах, а также свёрточных и состязательных нейросетях. Проводятся вычислительные эксперименты по исследованию предложенной технологии сжатия и входящих в её состав алгоритмов машинного обучения на реальных изображениях. Результаты вычислительных экспериментов подтверждают перспективность предложенной технологии для решения задач, связанных со сжатием цифровых изображений.
Страницы: 75-84
DOI: 10.15372/AUT20220509
10. Агафонов А. А., Юмаганов А. С., Мясников В. В. Адаптивное управление дорожными сигналами на основе нейросетевого прогноза максимального взвешенного потока
Аннотация:
Предлагается двухэтапный метод адаптивного управления сигналами светофоров, основанный на оценке прогнозируемого взвешенного потока транспортных средств, проходящих через перекрёсток. На первом этапе оценивается время прохождения перекрёстка каждым транспортным средством с использованием модели искусственной нейронной сети и формируется оценка прогнозируемого потока транспортных средств через перекрёсток для заданной фазы светофорного цикла. На втором этапе формируется оценка взвешенного потока, которая учитывает время ожидания транспортных средств. Предлагаемый метод выбора фазы светофора основывается на максимизации взвешенного транспортного потока. Результаты экспериментальных исследований позволяют сделать вывод о преимуществе предложенного подхода в сравнении с классическими подходами и современными методами управления сигналами светофоров на основе обучения с подкреплением.
Страницы: 85-97
DOI: 10.15372/AUT20220510
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО/НАНОТЕХНОЛОГИЙ И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ
11. Минин О. В., Минин И. В., Song Zh. Эффект суперрезонанса в микронной сфере из боросиликатного стекла в оптическом диапазоне
Аннотация:
Показано, что в оптическом диапазоне для непоглощающих мезоразмерных сфер принципиально возможна реализация резонансов Фано высокого порядка, связанных с внутренними модами Ми. На основе моделирования по теории Ми показано, что для сферической мезоразмерной частицы, выполненной из реального диэлектрического материала — боросиликатного стекла BK7, возможна генерация локализованных полей с экстремально высокой интенсивностью: порядка 107 для магнитного и 106 для электрического полей. Более того, продемонстрировано, что наличие в материале частицы малой диссипации может приводить не к снижению, а к увеличению интенсивности генерируемых полей. Последнее связано с необычным поведением коэффициентов рассеяния Ми внутреннего поля частицы в условиях суперрезонанса.
Страницы: 98-104
DOI: 10.15372/AUT20220511
12. Полетаев С. Д. Влияние изменения теплофизических свойств тонких плёнок молибдена на процесс лазерной абляции
Аннотация:
В работе путём численного моделирования исследовано влияние изменения теплофизических свойств плёнки молибдена при промежуточном окислении в процессе лазерной абляции на размерный эффект формирования трека. В соответствии с полученными данными произведено уточнение гипотезы, объясняющей сокращение ширины трека в зоне абляции плёнки по сравнению с эффективным диаметром лазерного пучка. Показано, что специфическое изменение коэффициента теплопроводности вещества в момент окисления оказывает значительное влияние на распределение температурного поля, выражаемое в сужении характеристики распределения температуры по поверхности плёнки, что ранее не рассматривалось. Установлено, что изменения плотности, удельной теплоёмкости и теплового эффекта химической реакции окисления молибдена в процессе окисления плёнки не оказывают существенного влияния на распределение температуры в зоне воздействия лазерного пучка.
Страницы: 105-114
DOI: 10.15372/AUT20220512
ОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ, СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ
13. Чугуй Ю. В. Формирование в когерентном свете изображений граней протяжённого абсолютно поглощающего щелевого отверстия с произвольным раскрывом
Аннотация:
Изучены особенности формирования в когерентно-оптической системе изображений граней протяжённых абсолютно щелевых объектов с произвольным раскрывом отверстий. На основе конструктивной аппроксимации спектров пространственных частот (дифракционных картин Фраунгофера) объектов с различными соотношениями размеров передней и задней апертур получены и проанализированы формулы для поля в изображении передней грани. Детально исследованы объекты с заметно расширяющейся и заметно сужающейся апертурами протяжённого отверстия (разность размеров апертур много больше размера зоны Френеля). Установлено, что структура изображений граней зависит от типа раскрыва. При положительном раскрыве, когда задняя грань находится в теневой области, поле на выходе системы соответствует изображению передней грани, а при отрицательном раскрыве наблюдается изображение задней грани. Показано, что погрешность определения границ в изображении действующей грани объекта обратно пропорциональна квадрату разности апертур. Проанализированы инвариантные свойства проекционной системы формирования изображений внешних граней протяжённых отверстий с произвольным раскрывом.
Страницы: 115-128
DOI: 10.15372/AUT20220513
14. Ли И. И., Половинкин В. Г. Тепловизионный микроскоп на базе многоэлементных ИК ФПУ
Аннотация:
Предложен проект инфракрасного (ИК) микроскопа, регистрирующего собственное тепловое излучение объектов. Проведён анализ температурного разрешения ИК-микроскопа в зависимости от параметров оптической системы, конструктивных и фотоэлектрических параметров многоэлементных ИК ФПУ.
Страницы: 129-136
DOI: 10.15372/AUT20220514
