+
ОРБИТАЛЬНЫЙ УГЛОВОЙ МОМЕНТ СТРУКТУРНО-УСТОЙЧИВЫХ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ
стр.517-521
Котляр В.В., Ковалев А.А.
Для структурно-устойчивых лазерных пучков, амплитуда которых представима в виде конечной суммы функций Эрмита-Гаусса с неопределенными весовыми коэффициентами, получено аналитическое выражение для нормированного орбитального углового момента таких пучков, также через конечные суммы весовых коэффициентов. Показано, что при определенном выборе весовых коэффициентов можно получить максимальный орбитальный угловой момент, который равен максимальному номеру многочлена Эрмита, входящего в сумму. При этом сумма описывает однокольцевой пучок Лагерра-Гаусса с топологическим зарядом, равным максимальному орбитальному угловому моменту и максимальному номеру многочлена Эрмита.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
АСТИГМАТИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КРАЕВОЙ ДИСЛОКАЦИИ ДРОБНОГО ПОРЯДКА
стр.522-530
Котляр В.В., Абрамочкин Е.Г., Ковалев А.А., Налимов А.Г.
Теоретически показано, что астигматическое преобразование краевой дислокации (прямой линии нулевой интенсивности) порядка n +a (действительное положительное число, n - целое число, 0 < a < 1 - дробная часть числа) формирует на двойном фокусном расстоянии от цилиндрической линзы n оптических эллиптических вихрей (винтовых дислокаций) с топологическим зарядом -1, расположенных на прямой линии, перпендикулярной краевой дислокации, в точках, координаты которых являются нулями функции Трикоми. На некотором расстоянии от этих вихрей и на той же прямой формируется еще один дополнительный вихрь также с топологическим зарядом -1, который удаляется на периферию, если a уменьшается до нуля, или приближается к n вихрям, если a стремится к 1. Кроме того, на периферии в сечении пучка формируется счетное число оптических вихрей (нулей интенсивности), все с топологическим зарядом -1, которые расположены на расходящихся кривых линиях (типа гипербол), равноудаленных от прямой линии, на которой расположены основные n нулей интенсивности. Эти «провожающие» вихри приближаются к центру пучка, следуя за дополнительным вихрем «пассажиром», если 0 < a < 0,5, или удаляются на периферию, оставив «пассажира» рядом с основными вихрями, если 0,5 < a < 1. При a = 0 и a = 1 «провожающие» вихри находятся на бесконечности. Топологический заряд всего пучка при дробном n+a бесконечный. Моделирование подтверждает теоретические выводы.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СРАВНЕНИЕ ФОРМЫ ФОКУСНЫХ ПЯТЕН ПО ИНТЕНСИВНОСТИ И ПОТОКУ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ВЫСОКОАПЕРТУРНЫХ ЗОННОЙ ПЛАСТИНКИ И СПИРАЛЬНОЙ ЗОННОЙ ПЛАСТИНКИ
стр.531-536
Савельева А.А., Козлова Е.С.
С помощью моделирования методом конечных разностей во временной области показано, что при острой фокусировке Гауссова пучка с линейной поляризацией и с внедренным оптическим вихрем зонной пластинкой Френеля и при фокусировке Гауссова пучка спиральной зонной пластинкой формируются фокусные пятна разной формы и по интенсивности, и по потоку энергии. Наиболее существенные различия наблюдаются при значении топологического заряда, равного трем. При фокусировке зонной пластинкой Френеля Гауссова пучка поток энергии имеет кольцевое распределение, в то время как при фокусировке спиральной зонной пластинкой форма интенсивности и потока энергии имеет три локальных максимума, что соответствует порядку спиральной зонной пластинки. На расстоянии 14,5 мкм от фокуса лепестковая структура интенсивности (и потока энергии) сменяется на кольцевое распределение.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ОСОБЕННОСТИ ФОКУСИРОВКИ СУПЕР-ГАУССОВЫХ ПУЧКОВ С КРУГОВОЙ И РАДИАЛЬНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЯМИ НА КОЛЬЦЕВЫХ РЕШЕТКАХ С ПЕРЕМЕННОЙ ВЫСОТОЙ КОЛЕЦ РЕЛЬЕФА
стр.537-546
В данной работе проведено исследование особенностей фокусировки супер-Гауссова пучка, а также мод Лагерра-супер-Гаусса (1,0) с радиальной и круговой поляризациями на кольцевых решетках с переменной высотой колец рельефа. Рассматривалось изменение высоты рельефа от максимальной высоты в центре до минимальной на краях элемента (прямая кольцевая решетка) и обратный случай, когда максимум высоты рельефа был на краях и минимум в центре (обратная кольцевая решетка). Сравнение осуществлялось с действием дифракционного аксикона с сопоставимым периодом решетки. Численное моделирование осуществлялось методом конечных разностей во временной области. Было показано, что изменение высоты колец рельефа элементов существенным образом влияет на дифракционную картину в ближней зоне. В частности, для супер-Гауссова пучка использование прямой кольцевой решетки позволило уменьшить размер фокального пятна на 18,7 % для радиальной поляризации (σ = 5 мкм), использование обратной кольцевой решетки привело к уменьшению фокального пятна на 36,9 % (σ = 12,25 мкм) по сравнению с действием дифракционного аксикона. Также в работе было показано, что при освещении обратной кольцевой решетки модой Лагерра-супер-Гаусса (1,0) с круговой поляризацией наблюдается формирование узкой и протяженной области пониженной интенсивности на оптической оси (оптической ловушки).
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧЕТЫРЁХВОЛНОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ С УЧЁТОМ ПОЛЯ ТЯЖЕСТИ ЗЕМЛИ, ДЕЙСТВУЮЩЕГО НА РАСТВОРЁННЫЕ В ПРОЗРАЧНОЙ ЖИДКОСТИ НАНОЧАСТИЦЫ
стр.547-554
Савельев М.В., Ремзов А.Д.
Проведён теоретический анализ динамики пространственного спектра объектной волны при вырожденном четырёхволновом взаимодействии в прозрачном растворе наночастиц в классической схеме со встречными волнами накачки. Показано, что при распространении волн накачки ортогонально силе тяжести в модуле пространственного спектра объектной волны возникает провал, полуширина которого с течением времени немонотонно уменьшается, а с ростом радиуса наночастиц увеличивается в направлении силы тяжести. Существует оптимальное время, за которое полуширина провала в направлении силы тяжести достигает наименьшего значения. Это время монотонно убывает с ростом радиуса наночастиц, а также с уменьшением толщины раствора.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
THE MATHEMATICAL MODEL OF QUANTUM DOTS PAIR ORIENTATION UNDER LASER RADIATION FIELD
стр.555-560
Petrakova V.S., Tsipotan A.S., Slabko V.V.
One approach for the formation of structures with complex geometries at the nanoscale is the step-by-step assembly. In this case, it is necessary to be able to estimate the time required to establish orientational equilibrium for a preformed pair of particles. This process is statistical in nature and depends on the mechanism of interaction of the ensemble with the external field. The orientation of particles in an alternating field is associated with certain relaxation times, which depend on the viscosity and temperature of the medium, as well as on the geometric structure of the samples. This paper proposes an mathematical model of the process of establishing the distribution of nanoparticles pairs orientations taking into account the friction force, thermal motion, and the orienting laser field. A statistical orientation distribution was obtained for CdTe particles in the field of moderate laser radiation, and the average time for establishing orientational equilibrium was estimated.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
GENETIC ALGORITHM FOR OPTIMIZING BRAGG AND HYBRID METAL-DIELECTRIC REFLECTORS
стр.561-566
Girshova E.I., Ogurtcov A.V., Belonovski A.V., Morozov K.M., Kaliteevski M.A.
Highly efficient reflectors are in demand in the rapidly developing optoelectronics. At the moment, distributed Bragg reflectors made of semiconductor materials are mainly used in this capacity. A lot of time and financial resources are spent on their production. Reducing the thickness of the reflector while maintaining its reflectivity would make these devices more affordable and extend their lifetime by reducing thermal noise. With the help of genetic optimization algorithms, the structures of multilayer semiconductor and combined metal-semiconductor reflectors were obtained, having a smaller thickness and equal optical characteristics than those of classical analogues. In particular, a 29 % reduction in the thickness of the silicon / silica Bragg reflector was achieved without compromising performance.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
DOCUMENT IMAGE ANALYSIS AND RECOGNITION: A SURVEY
стр.567-589
Arlazarov V.V., Andreeva E.I., Bulatov K.B., Nikolaev D.P., Petrova O.O., Savelev B.I., Slavin O.A.
This paper analyzes the problems of document image recognition and the existing solutions. Document recognition algorithms have been studied for quite a long time, but despite this, currently, the topic is relevant and research continues, as evidenced by a large number of associated publications and reviews. However, most of these works and reviews are devoted to individual recognition tasks. In this review, the entire set of methods, approaches, and algorithms necessary for document recognition is considered. A preliminary systematization allowed us to distinguish groups of methods for extracting information from documents of different types: single-page and multi-page, with text and handwritten contents, with a fixed template and flexible structure, and digitalized via different ways: scanning, photographing, video recording. Here, we consider methods of document recognition and analysis applied to a wide range of tasks: identification and verification of identity, due diligence, machine learning algorithms, questionnaires, and audits. The groups of methods necessary for the recognition of a single page image are examined: the classical computer vision algorithms, i.e., keypoints, local feature descriptors, Fast Hough Transforms, image binarization, and modern neural network models for document boundary detection, document classification, document structure analysis, i.e., text blocks and tables localization, extraction and recognition of the details, post-processing of recognition results. The review provides a description of publicly available experimental data packages for training and testing recognition algorithms. Methods for optimizing the performance of document image analysis and recognition methods are described.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ЕСТЕСТВЕННОГО ЯЗЫКА К ЗАДАЧАМ ПОИСКА И СРАВНЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ
стр.590-595
Проведенные в работе исследования показывают, что применение технологии дескрипторов особых точек в чистом виде к задаче сравнения и поиска чертежей является неэффективным. Выявлено, что основной причиной этому служит наличие в чертежах большого количества идентичных элементов (рамки, основная надпись, выносные линии, элементы шрифтов и др.). Для решения данной проблемы предложено использование метода tf-idf (term frequency-inverse document frequency), широко известного в технологии обработки естественного языка. В исследовании вместо векторов слов, применяемых в оригинальной методике tf-idf, использовались дескрипторы особых точек изображений, вычисленных по алгоритмам ORB и BRISK. В результате исследования получены следующие выводы: 1) показана высокая эффективность предлагаемого подхода для поиска копии изображения-запроса в базе данных. Так, для всех изображений, предложенных для поиска и имеющих свои полные аналоги в базе данных, было выявлено наличие копий. 2) Количество выявленных изображений, являющихся модификациями изображения-запроса, разнится и зависит от алгоритма нахождения особых точек и дескрипторов. Так, при использовании ORB максимальное количество выявленных модифицированных аналогов составило 60 %, при использовании BRISK - 80 % от всех аналогов изображения, находящихся в базе данных. 3) Предлагаемый подход показывает ограниченную эффективность для нахождения изображений, которые можно отнести к тому же классу, что и изображение-запрос (например, чертеж экскаватора, бульдозера, автомобильного крана). Здесь максимальное количество ложных определений достигло 60 %.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ПРИМЕНЕНИЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ СЕМАНТИЧЕСКОЙ СЕГМЕНТАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ГЛАЗНОГО ДНА
стр.596-602
Парингер Р.А., Мухин А.В., Ильясова Н.Ю., Демин Н.С.
Развитие нейросетевых алгоритмов произвело революцию во многих областях, а особенно в тех, что связаны с интеллектуальным анализом изображений. Особую сложность представляют собой задачи обработки биомедицинских данных, которым свойственны проблемы несбалансированности, малого объема и некачественной разметки. В данной работе производится исследование возможности использования нейронных сетей для решения задачи семантической сегментации изображений глазного дна. Для оценки применимости нейронных сетей для решения данной задачи было произведено сравнение их результатов с результатами сегментации изображений с помощью текстурных признаков. В результате оказалось, что нейронные сети превосходят в точности текстурные признаки по метрикам precision (~25 %) и recall (~50 %). Нейронные сети могут быть применены для решения задач биомедицинской сегментации изображений с предварительным применением алгоритмов балансировки и аугментации данных.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МЕТОД ГЕНЕРАЦИИ ОБУЧАЮЩИХ ДАННЫХ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ МАСОК НА ЛИЦАХ ЛЮДЕЙ
стр.603-611
Рюмина Е.В., Рюмин Д.А., Маркитантов М.В., Карпов А.А.
Мониторинг и оценка уровня безопасности отдельных граждан и общества в целом является одной из важнейших проблем современного мира, который вынужден меняться в связи с возникновением коронавируса COVID-19. Для повышения уровня безопасности общества необходимы новые информационные технологии, способные остановить распространение пандемии за счет минимизации угроз новых вспышек и мониторинга соблюдения людьми защитных мер. К таким технологиям относятся, в частности, компьютерные системы для автоматизированного отслеживания наличия защитных масок на лицах людей. Для таких систем предлагается метод генерации обучающих данных, который объединяет такие способы аугментации данных, как Mixup и Insert. Предложенный метод апробируется на двух корпусах - MAsked FAce и Real-World Masked Face Recognition Dataset, для которых достигаются значения невзвешенной средней полноты при обнаружении масок в 98,51 % и 98,50 %. Кроме того, эффективность предложенного метода апробируется на изображениях с имитацией защитных масок на лицах людей и предлагается автоматизированный способ для уменьшения ошибок I и II рода. С помощью предложенного автоматизированного способа удается сократить количество ошибок II рода с 174 до 32 для корпуса Real-World Masked Face Recognition Dataset и с 40 до 14 для изображений с нарисованными защитными масками на реальных лицах людей.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ОБНАРУЖЕНИЕ АТАК НА БИОМЕТРИЧЕСКОЕ ПРЕДЪЯВЛЕНИЕ НА СИСТЕМЫ АУТЕНТИФИКАЦИИ ЛИЦ ПРИ ПОМОЩИ СПЕЦИАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ СЪЁМКИ
стр.612-620
Денисова А.Ю., Федосеев В.А.
В статье предлагается система признаков, предназначенная для обнаружения атак на биометрическое предъявление на системы аутентификации, использующие лицевую биометрию. При таком типе атаки злоумышленник маскируется под авторизованного пользователя, используя его изображение. Предложенная система признаков предполагает возможность использования одного или нескольких изображающих сенсоров в дополнение к базовой RGB-камере (тепловизоры, дальномеры, инфракрасные камеры). Использование предложенной системы признаков в сочетании с одной из классических моделей бинарной классификации составляет предлагаемый в работе метод обнаружения атак на биометрическое предъявление. Данный метод продемонстрировал низкий уровень ошибок на наборе данных WMCA, при этом эксперименты показали его способность оставаться эффективным в условиях нехватки обучающих данных. Проведённые сравнительные эксперименты показали, что предложенный метод превзошёл алгоритм RDWT-Haralick-SVM и приблизился к результатам алгоритма MC-CNN, основанного на глубоком обучении и требующего значительно больший объём обучающих данных.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ МРТ ГОЛОВНОГО МОЗГА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТБОРА ПРИЗНАКОВ
стр.621-627
Коневский В.В., Благов А.В., Гайдель А.В., Капишников А.В., КУПРИЯНОВ А.В., Суровцев Е.Н., Асатрян Д.Г.
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.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
АВТОМАТИЧЕСКАЯ СЕГМЕНТАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРОЦЕССА ИНТРАЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ ИНЪЕКЦИИ СПЕРМАТОЗОИДА
стр.628-633
Ковалев В.Ю., Шишкин А.Г.
Данная работа посвящена решению методами глубокого обучения задачи мультиклассовой семантической сегментации изображений процесса интрацитоплазматической инъекции сперматозоида. В качестве входных данных использованы видеопоследовательности, на которых изображена вышеназванная процедура интрацитоплазматической инъекции сперматозоида. Для обучения нейросети выполнена ручная разметка 656 кадров, в результате которой каждый пиксель изображения был отнесен к одному из 4 классов: микроинъектор, микропипетка, яйцеклетка, фон. Проведен анализ современных методов решения, и экспериментальным путем выбраны наилучшие архитектура, кодировщики и гиперпараметры нейронной сети: сверточная нейронная сеть FPN (feature pyramid network) с кодировщиком resnext101, имеющим глубину 101 слой с 32 параллельными разделяемыми свертками. Построенная нейросетевая модель позволила получить эффективность сегментации IOU = 0,96 при скорости работы алгоритма 15 кадров в секунду.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
SPATIOTEMPORAL ECOSYSTEM HEALTH ASSESSMENT COMPARISON UNDER THE PRESSURE-STATE-RESPONSE FRAMEWORK
стр.634-642
Boori M.S., Choudhary K., Paringer R., Kupriyanov A.
A spatiotemporal ecosystem health (EH) assessment study is necessary for sustainable development and proper management of natural resources. At present higher rate of human-socio-economic activities, industrialization, and misuse of land are major factors for ecosystem degradation. Therefore this research work used remote sensing (RS) and geographical information system (GIS) technology, under pressure-state-response (PSR) framework with analytic hierarchy process (AHP) weight method based on 29 indicators were analyzed for spatiotemporal EH assessment in Tatarstan and Samara states in Russia from 2010 to 2020. Results indicate continuous degradation of EH in Tatarstan state while in Samara state first decreased and later on an improved ecosystem health condition. This is one of the most innovative analyses work for real-time accurate ecosystem health assessment, mapping, and monitoring as well as protect fragile eco-environment with sustainable development, proper policy-making, and management at any scale and region.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ОБНАРУЖЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ ФРАГМЕНТОВ, ВСТРОЕННЫХ В ИЗОБРАЖЕНИЯ ДИСТАНЦИОННОГО РОВЗОНДИАНИЯ СОСТЯЗАТЕЛЬНЫМИ НЕЙРОСЕТЯМИ
стр.643-649
Гашников М.В., Кузнецов А.В.
Исследуются алгоритмы обнаружения искусственных фрагментов изображений дистанционного зондирования Земли, сгенерированных состязательными нейронными сетями. Рассматривается детектор искусственных изображений, основанный на обнаружении характерного для генеративно-состязательных нейросетей спектрального артефакта, причиной возникновения которого является слой сети, повышающий разрешение. Рассматриваемый детектор применяется для обнаружения искусственных фрагментов, встроенных в настоящие изображения дистанционного зондирования Земли с помощью состязательной нейросети, включающей генератор протяженных элементов. При этом используются изображения дистанционного зондирования различного типа и разрешения, а подменяемые области, некоторые из которых не являются односвязными, имеют различные размеры и формы. Экспериментально показано, что исследуемый спектральный нейросетевой детектор имеет высокую эффективность при обнаружении искусственных фрагментов изображений дистанционного зондирования Земли.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ С ПОМОЩЬЮ ИНФРАКРАСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
стр.650-658
Голяк И.С., Карева Е.Р., Фуфурин И.Л., Анфимов Д.Р., ЩЕРБАКОВА А.В., Небритова О.А., Демкин П.П., Морозов А.Н.
В настоящей работе рассматривается применение машинного и глубокого обучения в спектральном анализе многокомпонентных газовых смесей. Экспериментальная установка состоит из квантово-каскадного лазера с диапазоном перестройки 5,3 - 12,8 мкм пиковой мощностью до 150 мВт и астигматической газовой ячейки Эрриотта с длиной оптического пути до 76 м. В качестве тестовых веществ использовались ацетон, этанол, метанол и их смеси. Для обнаружения и кластеризации веществ, в том числе молекул-биомаркеров, предложены методы машинного обучения, такие как стохастическое вложение соседей с t-распределением, метод главных компонент и методы классификации, такие как случайный лес, градиентный бустинг и логистическая регрессия. Для спектрального анализа газовых смесей использована неглубокая свёрточная нейронная сеть на базе TensorFlow (Google) и Keras. В качестве обучающей выборки использовались модельные спектры веществ, а в качестве тестовой - модельные и экспериментальные. Показано, что нейронные сети, обученные на модельных спектрах (база данных NIST), могут распознавать вещества в экспериментальных газовых смесях. Предложено использовать нейронные сети для идентификации газовых смесей как единого целого. На экспериментальной установке зарегистрированы следующие минимальные концентрации: 80 ppb для ацетона и 100 - 120 ppb для этанола и метанола. Показана возможность применения предложенных методов для анализа спектров выдыхаемого человеком воздуха.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
HIGH-SPEED RECURSIVE-SEPARABLE IMAGE PROCESSING FILTERS
стр.659-665
The development of modern technologies in the field of image formation leads to an increase in the size of the generated images, as a result the question of reducing the processing computational costs arises, and this is an important factor in the creation of real-time systems. The study provides a description of high-speed recursive-separable filters for improving the quality of images, which, due to the peculiarities of their implementation, can reduce the number of computational operations required for the image processing process. This type of filters is obtained from two-dimensional linear digital filters, which are modified by applying recursive and separable properties to them. The MATLAB environment computing method for implementation of these filters is described. An extensive performance research of the developed filters has been carried out at various sizes of the test image and on various experimental installations. The comparison with the classical two-dimensional convolution method of the developed filters is demonstrated, and it shows the time gain required for the image processing. The results obtained can be applied in biomedical image processing systems or in vision systems working in heavy weather conditions.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
