+
МОЖЕТ ЛИ РАДИАЛЬНОЕ ЧИСЛО ВИХРЕВЫХ МОД УПРАВЛЯТЬ ОРБИТАЛЬНЫМ УГЛОВЫМ МОМЕНТОМ?
стр.853-863
Воляр А.В., Абрамочкин Е.Г., Брецько М.В., Акимова Я.Е., Егоров Ю.А.
В общем случае стандартный пучок Лагерра-Гаусса, состояние которого задаётся двумя квантовыми числами - радиальным числом n и азимутальным числом l (или топологическим зарядом вихря, переносимым пучком Лагерра-Гаусса), является неустойчивым относительно слабых возмущений. Это нетрудно заметить, если разложить комплексную амплитуду пучка Лагерра-Гаусса по модам Эрмита-Гаусса, общее число которых равно N = 2 n + l +1. Изменяя амплитуды и фазы коэффициентов разложения с помощью возмущающих параметров, можно существенно трансформировать первоначальную радиально симметричную структуру пучка Лагерра-Гаусса. Мы назвали композицию мод Эрмита-Гаусса, зависящую от двух возмущающих параметров (амплитудный параметр e, фазовый параметр q), структурированным пучком Лагерра-Гаусса. При изменении этих параметров орбитальный угловой момент структурированного пучка Лагерра-Гаусса меняется в интервале (-l, l), а полный топологический заряд - в интервале (-2 n - l, 2 n + l). При n = 0 изменение орбитального углового момента в интервале (-l, l) является плавным, а с ростом n поведение орбитального углового момента становится всё более осциллирующим. Число минимумов (максимумов) осцилляций равно радиальному числу в интервале q = (0, p) и q = (p, 2p), а их амплитуда нелинейно зависит от разности l - n , за исключением точки q = p, где сЛГ-пучок становится вырожденным. Если же l = 0, то орбитальный угловой момент = 0 и в структуре структурированного пучка Лагерра-Гаусса возникает либо симметричный массив вихрей с противоположными знаками топологического заряда, либо узор краевых дислокаций, число которых равно радиальному числу n . Также мы обнаружили, что, несмотря на быстрые осцилляции орбитального углового момента, абсолютное значение полного топологического заряда структурированного пучка не изменяется при вариации как амплитудного e, так и фазового параметра q, но зависит исключительно от исходного состояния ( n , l) пучка Лагерра-Гаусса и равно модулю (2 n + l).
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ТОПОЛОГИЧЕСКИЙ ЗАРЯД СУПЕРПОЗИЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ВИХРЕЙ, ОПИСЫВАЕМОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ПРОГРЕССИЕЙ
стр.864-871
Котляр В.В., Ковалев А.А.
В работе рассмотрены осевые суперпозиции Гауссовых оптических вихрей, которые описываются геометрической прогрессией. Для всех вариантов рассмотренных суперпозиций получен топологический заряд. В начальной плоскости топологический заряд может быть целым или полуцелым, а при распространении светового поля в свободном пространстве топологический заряд всегда остается целым. В общем случае геометрическая прогрессия оптических вихрей имеет три целочисленных параметра и один действительный параметр. От величины этих четырех параметров зависит топологический заряд всей суперпозиции оптических вихрей. При распространении в пространстве суперпозиция оптических вихрей, описываемая геометрической прогрессией, не сохраняет своей структуры интенсивности, но может иметь число лепестков интенсивности, равное одному из параметров семейства. Если действительный параметр геометрической прогрессии оптических вихрей равен единице, то все угловые гармоники в суперпозиции имеют одинаковый вес. В этом случае топологический заряд суперпозиции равен номеру средней угловой гармоники в прогрессии, то есть если первая угловая гармоника в прогрессии имеет топологический заряд k , а последняя - n , то топологический заряд всей суперпозиции в начальной плоскости будет равен ( n + k ) /2, а при распространении топологический заряд будет равен n .
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ДВОЙНЫЕ ПУЧКИ ЛАГЕРРА-ГАУССА
стр.872-876
Котляр В.В., Абрамочкин Е.Г., Ковалев А.А., Савельева А.А.
Показано, что двойные пучки Лагерра-Гаусса, комплексная амплитуда которых в начальной плоскости равна произведению амплитуд двух пучков Лагерра-Гаусса, можно представить как конечную суперпозицию обычных пучков Лагерра-Гаусса с определенными коэффициентами. Это позволяет получить явный вид для комплексной амплитуды двойных пучков Лагерра-Гаусса в зоне дифракции Френеля. Если оба пучка Лагерра-Гаусса одинаковые, то как частный случай получается пучок Лагерра-Гаусса «в квадрате», который является Фурье-инвариантным. Другой частный случай двойных пучков Лагерра-Гаусса получается тогда, когда азимутальные числа многочленов Лагерра равны n - m и n + m . Для такого пучка найдено явное выражение для комплексной амплитуды в Фурье-плоскости. Двойные пучки Лагерра-Гаусса можно так же, как и обычные пучки Лагерра-Гаусса, использовать для передачи информации, так как функции их комплексных амплитуд ортогональны по азимутальному числу и пучки несут орбитальный угловой момент, равный топологическому заряду.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ИЗМЕРЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ СФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ОСНОВЕ УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА ИНТЕНСИВНОСТИ
стр.877-883
Сцепуро Н.Г., Ковалев М.С., Красин Г.К., Гриценко И.В., Бобков А.В., Кудряшов С.И.
Уравнение переноса интенсивности обеспечивает новый неинтерферометрический и неитеративный доступ к количественной информации о фазе световой волны посредством измерения распределений интенсивности. Это уравнение можно использовать для реализации простого и точного измерения пространственной фазы для оптического тестирования сферических поверхностей. Для реализации метода требуется только КМОП-камера, с помощью которой происходит регистрация поперечных распределений интенсивности поля в нескольких плоскостях. Обработка экспериментальных измерений с помощью специализированного программного обеспечения позволяет восстановить значение радиуса кривизны тестируемой сферической поверхности с высокой точностью. Для оценки точности значение радиуса кривизны тестируемой сферической поверхности, рассчитанное предлагаемым авторами методом, было сопоставлено с интерферометрическими измерениями. Разница полученных значений составила менее 0,01 %, что свидетельствует о хорошем согласовании данных.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
УСЛОВИЯ ИСПРАВЛЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОЙ АБЕРРАЦИИ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА В ШАРООБРАЗНОЙ ЛИНЗЕ СО СФЕРИЧЕСКИМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
стр.884-891
Рассмотрена шарообразная линза. Показатель преломления этой линзы является функцией расстояния от центра шара. Получены условия, при которых такая линза свободна от сферической аберрации третьего порядка, если на линзу падает параллельный пучок лучей.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
КОМПОНОВКА И РАСЧЁТ ДВУХДИАПАЗОННОГО АТЕРМАЛЬНОГО РЕФРАКЦИОННО-ЛИНЗОВОГО ИК-ОБЪЕКТИВА
стр.892-898
Грейсух Г.И., Ежов Е.Г., Левин И.А.
Показана возможность достижения высоких оптических характеристик и пассивной атермализации у простых по конструкции двухдиапазонных ИК-объективов при использовании в их оптических схемах рефракционных линз, выполненных из халькогенидных стекол. Даны рекомендации по компоновке оптической схемы и по получению исходных конструктивных параметров для последующей оптимизации. Достоверность и эффективность рекомендаций подтверждена результатами расчёта сверхсветосильного рефракционно-линзового объектива, работающего с излучением средне- и длинноволнового ИК-поддиапазонов и формирующего высококачественное полихроматическое изображение на матрице неохлаждаемого микроболометра в интервале рабочих температур от - 40°C до + 60°C.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЛИНЗЫ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ НА КОЖЕ
стр.899-904
Хамза М.М., Бланк В.А., Подлипнов В.В., Досколович Л.Л., Скиданов Р.В., Фан Б.
Представлен лабораторный макет для визуализации кровеносных сосудов на коже человека. Для выделения кровеносных сосудов на коже используется дифракционный оптический элемент нового типа - спектральная линза. Показано, что визуализация кровеносных сосудов наиболее эффективна в виде получения индексного изображения по длинам волн 735 нм и 835 нм по формуле, аналогичной формуле расчета индекса NDVI. В работе также используется прикладное программное обеспечение, которое предназначено для решения задач спектрального анализа.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ДВУМЕРНАЯ ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДВУХ КАНАЛОВ, ФОРМИРУЕМЫХ ОДНИМ АКУСТООПТИЧЕСКИМ ФИЛЬТРОМ
стр.905-913
Котов В.М., Аверин С.В., Зенкина А.А., Белоусова А.С.
Исследованы свойства двухканального акустооптического фильтра пространственных частот, отклоняющего оптические лучи в два симметричных порядка. Выявлено, что неоднородное распределение поля в каждом порядке дает возможность выполнять обработку изображений по двум каналам с использованием различных передаточных функций. Формирование двумерного контура в двух дифракционных порядках подтверждено экспериментально на длине волны 0,63 мкм. В качестве двухканального фильтра пространственных частот использована АО-ячейка из ТеО2, работающая на частоте звука 26 МГц.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
AN AUTOMATED METHOD FOR FINDING THE OPTIMAL PARAMETERS OF ADAPTIVE FILTERS FOR SPECKLE DENOISING OF SAR IMAGES
стр.914-920
Pavlov V., Tuzova A., Belov A., Matveev Yu.
Many different filters can be used to reduce multiplicative speckle noise on radar images. Most of these filters have some parameters whose values influence the result of filtering. Finding optimal values of such parameters may be a non-trivial task. In this paper, a formal automated method for finding optimal parameters of speckle noise reduction filters is proposed. Using a specially designed test image, optimal parameters for the most commonly used filters were found using several image quality assessment metrics, including the Structural Similarity Index (SSIM) and Gradient Magnitude Similarity Deviation (GMSD). The use of filters with optimal parameters allows processing (detection, segmentation, etc.) of radar images with minimal influence of speckle noise.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
COMPARATIVE ANALYSIS OF REFLECTION SYMMETRY DETECTION METHODS IN BINARY RASTER IMAGES WITH SKELETAL AND CONTOUR REPRESENTATIONS
стр.921-928
Seredin O.S., Kushnir O.A., Fedotova S.A.
The study is a comparative analysis of two fast reflection symmetry axis detection methods: an algorithm to refine the symmetry axis found with a chain of skeletal primitives and a boundary method based on the Fourier descriptor. We tested the algorithms with binary raster images of plant leaves (FLAVIA database). The symmetry axis detection quality and performance indicate that both methods can be used to solve applied problems. Neither method demonstrated any significant advantage in terms of accuracy or performance. It is advisable to integrate both methods for solving real-life problems.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СРАВНЕНИЕ ДИСКРЕТНОГО КОСИНУС И ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЙ В СИСТЕМАХ СЖАТИЯ RAW-ИЗОБРАЖЕНИЙ
стр.929-938
Сай С.В., Зинкевич А.В., Фомина Е.С.
В статье приводится описание особенностей цифровой обработки сигналов изображения в процессе кодирования на основе дискретного косинус- и вейвлет-преобразований, используемых в стандартах сжатия JPEG и JPEG2000. Для сравнения дискретного косинус-преобразования и дискретного вейвлет-преобразования разработана цифровая модель системы, в которой реализованы одинаковые этапы обработки сигналов, кроме этапов самих дискретных преобразований. Предложена методика анализа эффективности преобразований по объективным оценкам качества изображений в зависимости от коэффициента сжатия. К особенностям относится то, что, в отличие от популярных метрик PSNR и SSIM, для оценки качества предложено использовать коэффициент четкости изображения, вычисление которого связано с контрастной чувствительностью зрения. В результате исследований получены количественные оценки эффективности сжатия при заданных параметрах качества в зависимости от типа преобразования и детальности RAW-изображений. Предложены рекомендации по использованию результатов исследований в системах кодирования и передачи изображений с высокой четкостью.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МЕТОД РАЗЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПО ТОПОЛОГИЧЕСКИМ ПРИЗНАКАМ
стр.939-947
Еремеев С.В., Абакумов А.В., Андрианов Д.Е., Титов Д.В.
В статье предложен новый метод для разложения изображения на отдельные объекты интереса. В основе разработанного метода лежит использование персистентной гомологии. Показан процесс прямого и обратного преобразования изображения. Исходное изображение после прямого преобразования представляется как набор матриц, которые можно разделить на основные и детализирующие. Основные матрицы содержат информацию об основной структуре объектов на изображениях, а детализирующие включают данные о деталях этих объектов, а также о мелких объектах или шумовой составляющей. Показано, что существует определенная аналогия с Wavelet-преобразованием, но в основе предлагаемого метода заложена принципиально другая теоретическая база. Подробно описан численный пример, отражающий основную суть метода. Описаны свойства разложения, а также возможность использования стандартных алгебраических операций над матрицами разложения. Обратное преобразование позволяет учесть измененные свойства отдельных объектов и синтезировать новое изображение. Продемонстрированы перспективы применения разложения для решения практических задач. Разработаны алгоритмы для бинаризации изображений и удаления текста на неоднородном фоне. Анализ и обработка данных ведется с единых позиций в пространстве матриц разложения. Результаты бинаризации показали, что в сравнении с аналогами разработанный алгоритм покажет себя наилучшим образом в ситуациях, когда бинаризация применяется для выделения множества отдельных объектов. Полученные результаты алгоритма удаления текста на неоднородном фоне подтверждают, что информация полностью удаляется, не задевая остальные области на изображениях.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
EXPERIMENTAL ASSESSMENT OF THE DISTANCE MEASUREMENT ACCURACY USING THE ACTIVE-PULSE TELEVISION MEASURING SYSTEM AND A DIGITAL TERRAIN MODEL
стр.948-954
Kapustin V.V., Zahlebin A.S., Movchan A.K., Kuryachiy M.I., Krutikov M.V.
This paper considers an experimental study of the layout of an active-pulse television measuring system in the problem of assessing the accuracy of measuring the distance to objects using the depth maps. The main technical characteristics and structure of the active-pulse television measuring system layout are described, the description of the multi-zone ranging method used in the experiment is given. The field tests were carried out using a system for terrain orthophotomaps construction by an unmanned aerial vehicle and a geodetic measuring instrument, which is a reference for building a terrain plan and fixing distances between objects on the ground. The technique of carrying out aerial work is described to obtain the necessary data array, on which a digital model and an orthophotomap of the area were subsequently built. Conclusions are drawn about the accuracy of digital terrain models built based on the results of aerial photography from an unmanned aerial vehicle with a geodetic receiver on board and the applicability of these data as reference data for testing a prototype of an active-pulse television measuring system.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МЕТОД ВИЗУАЛЬНОГО АНАЛИЗА ЛИЦА ВОДИТЕЛЯ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЧТЕНИЯ РЕЧИ ПО ГУБАМ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ
стр.955-962
Аксенов А.А., Рюмин Д.А., Кашевник А.М., Иванько Д.В., Карпов А.А.
В работе предложен метод визуального анализа и чтения речи по губам водителя при управлении транспортным средством. Автоматическое распознавание речи в акустически неблагоприятных динамических условиях является одной из актуальных задач искусственного интеллекта. Проблема эффективного автоматического чтения по губам во время дорожного движения на данный момент не решена из-за наличия различного рода помех (частые повороты головы, вибрация, динамическое освещение и т.п.). Кроме того, проблема усложняется отсутствием представительных баз данных визуальной речи. Для поиска и извлечения области интереса используется программная библиотека MediaPipe Face Mesh. Для анализа визуальной речи разработана интегральная нейросетевая архитектура (End-to-End). Визуальные признаки извлекаются из отдельного изображения с помощью свёрточной нейронной сети в связке с полносвязным слоем. Извлеченные нейросетевые признаки изображений являются входными данными для нейросети с длинной кратковременной памятью. В связи с небольшим объемом обучающих данных было предложено применять метод переноса обучения. Результаты по анализу и распознаванию визуальной речи водителя в процессе управления автомобилем представляют большие возможности для решения актуальной задачи автоматического чтения по губам. Экспериментальные исследования выполнены на собственном аудиовизуальном корпусе русской речи RUSAVIC, собранном в реальных условиях дорожного движения. Максимальная точность визуального распознавания 62 голосовых управляющих команд водителей составила 64,09 %. Полученные результаты могут быть использованы в системах аудиовизуального распознавания речи, применяемых в акустически сложной обстановке дорожного движения (высокая скорость движения, открытые окна или люк в автомобиле, одновременное проигрывание музыки, слабая шумоизоляция и т.п.).
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ОБНАРУЖЕНИЕ КОРОНАВИРУСНОЙ ИНФЕКЦИИ COVID-19 НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА РЕНТГЕНОВСКИХ СНИМКОВ ГРУДНОЙ КЛЕТКИ МЕТОДАМИ ГЛУБОКОГО ОБУЧЕНИЯ
стр.963-970
Раннее выявление пациентов с коронавирусной инфекцией COVID-19 имеет важное значение для обеспечения их адекватного лечения и снижения нагрузки на систему здравоохранения. Эффективным методом обнаружения COVID-19 является компьютерный анализ рентгеновских снимков грудной клетки методами глубокого обучения. В работе предложена методология, состоящая из этапов стандартизации размеров рентгеновских снимков к (224, 224), их классификации с использованием глубоких сверточных нейронных сетей Xception, InceptionResNetV2, MobileNetV2, DenseNet121, ResNet50 и VGG16, предварительно обученных на наборе данных ImageNet, а затем настроенных на наборе рентгеновских снимков грудной клетки. Результаты компьютерных экспериментов показали, что модель VGG16 с тонкой настройкой параметров продемонстрировала максимальную эффективность в классификации COVID-19 с показателями точности (accuracy) 99,09 %, полнота (recall) 99,483 %, прецизионность (precision) 99,08 %.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
FINE-TUNING THE HYPERPARAMETERS OF PRE-TRAINED MODELS FOR SOLVING MULTICLASS CLASSIFICATION PROBLEMS
стр.971-979
Kaibassova D., Nurtay M., Tau A., Kissina M.
This study is devoted to the application of fine-tuning methods for Transfer Learning models to solve the multiclass image classification problem using the medical X-ray images. To achieve this goal, the structural features of such pre-trained models as VGG-19, ResNet-50, InceptionV3 were studied. For these models, the following fine-tuning methods were used: unfreezing the last convolutional layer and updating its weights, selecting the learning rate and optimizer. As a dataset chest X-Ray images of the Society for Imaging Informatics in Medicine (SIIM), as the leading healthcare organization in its field, in partnership with the Foundation for the Promotion of Health and Biomedical Research of Valencia Region (FISABIO), the Valencian Region Medical ImageBank (BIMCV) ) and the Radiological Society of North America (RSNA) were used. Thus, the results of the experiments carried out illustrated that the pre-trained models with their subsequent tuning are excellent for solving the problem of multiclass classification in the field of medical image processing. It should be noted that ResNet-50 based model showed the best result with 82.74 % accuracy. Results obtained for all models are reflected in the corresponding tables.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ARRHYTHMIA DETECTION USING RESAMPLING AND DEEP LEARNING METHODS ON UNBALANCED DATA
стр.980-987
Shchetinin E.Yu., Glushkova A.G.
Due to cardiovascular diseases millions of people die around the world. One way to detect abnormality in the heart condition is with the help of electrocardiogram signal (ECG) analysis. This paper’s goal is to use machine learning and deep learning methods such as Support Vector Machines (SVM), Random Forests, Light Gradient Boosting Machine (LightGBM), Convolutional Neural Network (CNN), Long Short-Term Memory (LSTM) and Bidirectional Long Short-Term Memory (BLSTM) to classify arrhythmias, where particular interest represent the rare cases of disease. In order to deal with the problem of imbalance in the dataset we used resampling methods such as SMOTE Tomek-Links and SMOTE ENN to improve the representation ration of the minority classes. Although the machine learning models did not improve a lot when trained on the resampled dataset, the deep learning models showed more impressive results. In particular, LSTM model fitted on dataset resampled using SMOTE ENN method provides the most optimal precision-recall trade-off for the minority classes Supraventricular beat and Fusion of ventricular and normal beat, with recall of 83 % and 88 % and precision of 74 % and 66 % for the two classes respectively, whereas the macro-weighted recall is 92 % and precision is 82 %.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
БИОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И МЕТОДЫ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ В ДИАГНОСТИКЕ И МОНИТОРИНГЕ НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ: ОБЗОР
стр.988-1020
Ходашинский И.А., Сарин К.С., Бардамова М.Б., Светлаков М.О., Слёзкин А.О., Корышев Н.П.
Представлен обзор неинвазивных биометрических методов выявления и прогнозирования развития нейродегенеративных заболеваний. Дан анализ различных модальностей, используемых для диагностики и мониторинга. Рассмотрены такие модальности, как рукописные данные, электроэнцефалограмма, речь, походка, движение глаз, а также использование композиций данных модальностей. Проведен подробный анализ современных методов и систем принятия решений, основанных на машинном обучении. Представлены наборы данных, методы предобработки, модели машинного обучения, оценки точности при диагностике заболеваний. В заключении рассмотрены текущие открытые проблемы и будущие перспективы исследований в данном направлении.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
