+
ТЕОРИЯ СВЯЗАННЫХ МОД ДЛЯ РЕЗОНАНСНЫХ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЁТОК С ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ПЕРИОДОМ
стр.341-349
Быков Д.А., Безус Е.А., Досколович Л.Л.
В работе предложена теория связанных мод для резонансных дифракционных решеток с изменяющимся периодом. Рассмотрены дифракционные структуры, у которых вектор обратной решетки - величина, обратно пропорциональная периоду, - линейно изменяется в направлении периодичности. Показано, что оптические свойства такой структуры существенным образом зависят от скорости изменения периода. На основе сравнения с результатами строгого численного моделирования в рамках метода фурье-мод показана высокая точность предложенной теоретической модели. В частности, разработанная теория связанных мод описывает уширение резонансного пика и появление вторичных максимумов, вызванные ненулевой скоростью изменения периода. Полученные результаты могут найти применение при разработке линейно изменяющихся спектральных фильтров на основе резонансных дифракционных решеток с изменяющимися параметрами.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ГИГАНТСКИЕ ВСПЛЕСКИ И ПРОВАЛЫ ОРБИТАЛЬНОГО УГЛОВОГО МОМЕНТА В УСТОЙЧИВЫХ К ПРОСТОМУ АСТИГМАТИЗМУ СТРУКТУРИРОВАННЫХ ЛАГЕРР-ГАУССОВЫХ ПУЧКАХ
стр.350-360
Воляр А.В., Абрамочкин Е.Г., Акимова Я.Е., Брецько М.В.
В статье исследуются условия формирования астигматически инвариантных структурированных Лагерр-Гауссовых пучков в случае простого астигматизма. Теоретически и экспериментально найдены условия астигматической инвариантности: фазовый параметр q структурированного Лагерр-Гауссова пучка равен арктангенсу отношения длины Рэлея z 0 и фокусного расстояния f cyl цилиндрической линзы для единичного e = 1 амплитудного параметра. Для остальных значений амплитудного параметра e ¹ 1 условие астигматической инвариантности задается равенством орбитального углового момента структурированного Лагерр-Гауссова и астигматически инвариантных структурированных Лагерр-Гауссовых пучков. Также обнаружены резкие всплески и провалы орбитального углового момента в астигматически инвариантных структурированных Лагерр-Гауссовых пучках в области, где орбитальный угловой момент обращается в ноль. Высота и глубина всплесков и провалов значительно превышают максимальные и минимальные значения орбитального углового момента в обычных структурированных Лагерр-Гауссовых пучках при заданной параметризации. Показано, что возникновение всплесков и провалов орбитального углового момента вызвано радикальной перестройкой спектра Лагерр-Гауссовых мод в виде их жесткого упорядочения. Теоретический расчет, сопровождаемый компьютерным моделированием, и эксперимент хорошо согласуются друг с другом.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МИНИМАЛЬНЫЙ РАЗМЕР ФОКУСНОГО ПЯТНА ПРИ ФОКУСИРОВКЕ СВЕТА КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
стр.361-366
Стафеев С.С., Зайцев В.Д., Котляр В.В.
В данной работе с помощью формализма Ричардса-Вольфа рассмотрена фокусировка света с круговой поляризацией плоскими дифракционными линзами. Было показано, что при увеличении числовой апертуры линзы размер фокусного пятна сначала уменьшается, а потом начинает расти. Минимальное фокусное пятно наблюдается при NA = 0,96 (FWHM = 0,55λ). При дальнейшем увеличении числовой апертуры линзы рост продольной составляющей приводит к увеличению размера фокусного пятна. При замене плоской дифракционной линзы на апланатический объектив размер фокусного пятна монотонно уменьшается при увеличении числовой апертуры линзы. Также показано, что в остром фокусе наблюдается конверсия поляризации - возникают области, в которых направление вращения круговой поляризации противоположно направлению вращения поляризации в исходном пучке.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ВИХРЕВОЙ ФУРЬЕ-ИНВАРИАНТНЫЙ ПУЧОК ЛАГЕРРА-ГАУССА В КВАДРАТЕ
стр.367-373
Козлова Е.С., Савельева А.А., Ковалев А.А., Котляр В.В.
Показано, что вихревой пучок Лагерра-Гаусса «в квадрате» является Фурье-инвариантным и сохраняет свою структуру в фокусе сферической линзы. В зоне дифракции Френеля такой пучок преобразуется в суперпозицию обычных пучков Лагерра-Гаусса, число которых равно числу колец у пучка Лагерра-Гаусса «в квадрате». Если кольцо всего одно, то пучок является структурно стабильным. Также рассмотрен более общий пучок, являющийся «произведением» двух пучков Лагерра-Гаусса. Такой пучок будет Фурье-инвариантным, если число колец у двух пучков Лагерра-Гаусса в «произведении» одинаковое. Рассмотренные пучки дополняют хорошо известный базис пучков Лагерра-Гаусса, которые интенсивно изучаются в связи с их устойчивостью при распространении в турбулентной среде.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
SUBCARRIER WAVE CONTINUOUS-VARIABLE QUANTUM KEY DISTRIBUTION WITH GAUSSIAN MODULATION: COMPOSABLE SECURITY ANALYSIS
стр.374-380
Goncharov R.K., Kiselev A.D., Samsonov E.O., Egorov V.I.
In this paper, we continue the study of the quantum cryptographic GG02 protocol, performed using the approach based on the subcarrier waves. We modify the scheme via heterodyne detection and perform security analysis for the full trusted hardware noise model in the presence of collective attacks with finite-key effects. It is shown that the system can potentially distribute the key even if the level of losses in the channel is above 9 dB. This result is consistent with the general technical level and comply with modern standards of practical CV-QKD systems. Finally, the system under consideration fully meets the criterion of composability.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ФОРМИРОВАНИЕ ПУЧКОВ В АПОДИЗАТОРЕ С КВАДРАТНОЙ ЗУБЧАТОЙ ДИАФРАГМОЙ
стр.381-391
Теоретически исследована трансформация профиля однородного монохроматического пучка с плоским фазовым фронтом после прохождения квадратного аподизатора, состоящего из зубчатой диафрагмы и пространственного фильтра, и при распространении за ним. Показаны основные отличия от случая круглой геометрии аподизатора. Рассмотрены роли формы углов квадратной зубчатой диафрагмы, фазы при дифракции Френеля, формы зубцов диафрагмы и отношения ширины зубцов к их высоте.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ПРИЗМЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ И ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ
стр.392-397
Юрин А.И., Вишняков Г.Н., Минаев В.Л.
Рассмотрены методы измерений показателя преломления оптически прозрачных диэлектрических материалов. Предложены модифицированные методы, основанные на методах наименьшего отклонения и постоянного отклонения, позволяющие определять показатель преломления трехгранных призм с неизвестными преломляющими углами. В предложенных методах производят измерения углов отклонения света на трех гранях призмы, а показатель преломления материала и преломляющие углы определяют из решения системы уравнений. Для реализации предложенных методов применена гониометрическая система, предназначенная для измерения углов между плоскими поверхностями объектов в ручном и автоматизированном режимах. Исследованы образцы в виде образцовой призмы из оптического стекла марки N-SF1 и полой призмы, заполненной дистиллированной водой. Проведено сравнение предложенных методов и оценка погрешности измерений. Показано, что модифицированные методы можно применять для высокоточных измерений показателя преломления в тех случаях, когда преломляющие углы призмы неизвестны или их измерение связано с техническими трудностями.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ ГОЛОГРАФИИ ФУРЬЕ МЕНТАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЛИЦА, ПРИНИМАЮЩЕГО РЕШЕНИЕ
стр.398-406
Павлов А.В., Гаугель А.О.
Рассмотрена задача моделирования методом голографии Фурье индивидуальных ментальных особенностей лица, принимающего решение. Решение понимается как выбор из альтернатив. Задача рассмотрена для моделируемой некооперативной игрой «Дилемма заключенного» ситуации противоречия текущих условий ранее усвоенному правилу логики принятия решения. Подход основан на тезисе о коррелированности ментальных особенностей со свойствами материального носителя интеллекта, в качестве которого взята 6 f -схема голографии Фурье кольцевой архитектуры. Схема рассмотрена как трехслойная нейросеть, соответствующая нейрофизиологической концепции «кольца возбуждения» А.М. Иваницкого и порождающая логику с исключением. Дана аналитическая оценка зависимости границы нарушения классической формулы полной вероятности для дизъюнкции несовместных событий от радиуса корреляции эталонного образа и характеристик низкочастотных фильтров на голограммах, хранящих правила принятия решения и исключения из него. Аналитические результаты подтверждены результатами численного моделирования.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МЕТОД СЕГМЕНТАЦИИ СОЛИДНОГО ОЧАГОВОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ И ЕГО ПЕРИФЕРИЧЕСКОГО КОМПОНЕНТА НА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ
стр.407-414
Пасынков Д.В., Колчев А.А., Егошин И.А., Клюшкин И.В., Пасынкова О.О.
В работе предлагается способ сегментации новообразований молочной железы и их периферического компонента на ультразвуковых изображениях. Отмечается, что определение пограничных структур поражения молочной железы служит важным шагом для дальнейшей классификации образования и напрямую влияет на окончательное определение характера образования. Основным отличием предлагаемого подхода является то, что при его реализации учитывались особенности перепада яркости пикселей исходного изображения, без использования фильтров спекл-шума. Работа методики протестирована на наборе ультразвуковых изображений морфологически верифицированных 42 доброкачественных и 49 злокачественных образований молочной железы, размеченных врачом-специалистом. Полученные результаты сегментации сравнивались с результатами ручной разметки врачом-специалистом в области ультразвуковой диагностики. Средние погрешности в выделении доброкачественного и злокачественного образования составили 5 пикселей для области самого образования и 7 пикселей для периферической области, что с учетом погрешности ручного выделения врачом-специалистом (3,95 и 4,7 пикселей соответственно) незначительно. А средние метрики «Пересечение над объединением» (IoU) составили 0,82 и 0,80 соответственно. Приведенные результаты эксперимента свидетельствуют о возможности использования разработанной технологии в комплексе с системой дифференцирования образования.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
АДАПТИВНЫЙ АЛГОРИТМ СТЕГАНОГРАФИЧЕСКОГО ВСТРАИВАНИЯ ДАННЫХ В ЦИФРОВЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ НЕКРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ ХЕШ-ФУНКЦИИ ДЛЯ ИХ ИЗВЛЕЧЕНИЯ
стр.415-425
Рассматривается адаптивный алгоритм стеганографического скрытия информации, основанный на итеративном внесении малозначительных искажений в блоки полноцветных изображений-контейнеров и использующий быстродействующие некриптографические хеш-функции для последующего извлечения скрытых данных. Особенностью алгоритма является модификация минимального числа элементов контейнера по сравнению с длиной скрываемых в него фрагментов сообщений, что позволяет увеличить показатели скрытой пропускной способности и снизить визуальную и статистическую заметность скрытых данных. Проводится сравнение алгоритма с современными алгоритмами адаптивного пространственного стегоскрытия в части оценки уровня искажающих изменений контейнеров. Рассматривается вариант повышения пропускной способности алгоритма за счёт мультиплексирования скрытых каналов, использующих общее подмножество элементов контейнера при встраивании в них различных сообщений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
SUPER-RESOLUTION MICROSCOPY BASED ON WIDE SPECTRUM DENOISING AND COMPRESSED SENSING
стр.426-432
WSD can effectively remove random noise of a raw image from very low density to ultra-high density fluorescent molecular distribution scenarios. The size of the raw image that WSD can denoise is subject to the used measurement matrix. A large raw image must be divided into blocks so that WSD denoises each block separately. Based on traditional single-molecule localization and super-resolution reconstruction scenarios, wide spectrum denoising (WSD) for blocks of different sizes was studied. The denoising ability is related to block sizes. The general trend is when the block gets larger, the denoising effect gets worse. When the block size is equal to 10, the denoising effect is the best. Using compressed sensing, only 20 raw images are needed for reconstruction. The temporal resolution is less than half a second. The spatial resolution is also greatly improved.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕГКОВЕСНОЙ СИАМСКОЙ НЕЙРОСЕТИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВЕКТОРА ПРИЗНАКОВ В СИСТЕМЕ ВАСКУЛЯРНОЙ АУТЕНТИФИКАЦИИ
стр.433-441
Прозоров Д.Е., Земцов А.В.
В статье анализируется возможность использования сиамской сверточной нейросети для решения задачи васкулярной аутентификации на встраиваемой аппаратной платформе с ограниченными вычислительными ресурсами (Orange Pi One). Выполнен краткий обзор современных методов вычисления векторов признаков изображений, применяемых в задачах классификации, сравнения или поиска изображений по контенту: на основе вариационных рядов (гистограмм), локальных дескрипторов, дескрипторов особых точек, дескрипторов на основе хэш-функций, нейросетевых дескрипторов. Предложена архитектура биометрической системы аутентификации по изображениям ладоней в видимом и ближнем ИК-спектрах на основе сиамской сверточной нейросети. Разработанное программное решение позволяет использовать сиамскую нейросеть в режимах «полная сеть» (используются оба симметричных канала нейросети) и «половина нейросети» (используется только один канал) для сокращения времени сравнения векторов биометрических данных зарегистрированных пользователей биометрической системы аутентификации. Показаны преимущества нейросетевых признаков, заключающиеся в универсальности, масштабируемости и конкурентоспособности, в том числе на встраиваемых аппаратно-программных решениях с ограниченными вычислительными ресурсами при отсутствии графических ускорителей. Исследования показали возможность повышения качества классификации изображений ладоней с 0,929 до 0,968 по метрике «overall accuracy» при использовании сиамской нейросети вместо метода перцептивного хэширования при сопоставимом времени определения зарегистрированной в биометрической системе аутентификации персоны. В экспериментах осуществлялся поиск по базе данных из 2000 изображений для 400 персон.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
AGRICULTURAL PLANT HYPERSPECTRAL IMAGING DATASET
стр.442-450
Gaidel A.V., Podlipnov V.V., Ivliev N.A., Paringer R.A., Ishkin P.A., Mashkov S.V., Skidanov R.V.
Detailed automated analysis of crop images is critical to the development of smart agriculture and can significantly improve the quantity and quality of agricultural products. A hyperspectral camera potentially allows to extract more information about the observed object than a conventional one, so its use can help in solving problems that are difficult to solve with conventional methods. Often, predictive models that solve such problems require a large dataset for training. However, sufficiently large datasets of hyperspectral images of agricultural plants are not currently publicly available. Therefore, we present a new dataset of hyperspectral images of plants in this paper. This dataset can be accessed via URL https://pypi.org/project/HSI-Dataset-API/. It contains 385 hyperspectral images with a spatial resolution of 512 by 512 pixels and spectral resolution of 237 spectral bands. The images were captured in the summer of 2021 in Samara and Novocherkassk (Russia) using Offner based Imaging Hyperspectrometer of our own production. The article demonstrates the work of some basic approaches to the analysis of hyperspectral images using the dataset and states problems for further solving.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МАЛОПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОКОНТУРИВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОЛЕЙ НА СПУТНИКОВЫХ СНИМКАХ С ПОМОЩЬЮ ИСТОРИЧЕСКИХ ДАННЫХ MSAVI2
стр.451-463
Павлова М.А., Тимофеев В.А., Бочаров Д.А., Сидорчук Д.С., Нурмухаметов А.Л., Никоноров А.В., Ярыкина М.С., Кунина И.А., Смагина А.А., Загарев М.А.
В данной работе рассматривается проблема оконтуривания сельскохозяйственных полей на спутниковых снимках. Для решения этой задачи применяется подход, основанный на анализе исторических данных. В работе показано, что на таких данных можно добиться высокого качества с помощью простого малопараметрического метода. Метод состоит из детектора полей и детектора границ. Детекция полей основана на определении порога Оцу, а для определения границ используется детектор краев Кэнни. В связи с нехваткой доступных наборов данных нами был подготовлен и опубликован собственный набор данных, состоящий из 18859 экспертно аннотированных полей на снимках Sentinel-2. Для сравнения оконтуривания на мгновенных и исторических данных был реализован один из наиболее современных методов, основанный на глубоком обучении. Эксперимент показал, что использование исторических данных позволяет получить более высокое качество с более низкими затратами. Предлагаемый малопараметрический метод требует значительно меньше обучающих данных по сравнению с методом на мгновенных данных. Подготовленный набор данных и реализация алгоритма на языке Python были выложены в открытый доступ.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МЕТОДИКА ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ДОРОГ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ С БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
стр.464-473
Катаев М.Ю., Карташов Е.Ю., Авдеенко В.Д.
Дорожные дефекты являются одним из наиболее важных факторов при дорожно-транспортном происшествии, определяющим безопасность водителя, состояние автомобиля и скорость передвижения, поэтому они должны быть исправлены как можно скорее. К дефектам относятся трещины, колеи и выбоины на дорожном покрытии, и если их не исправлять в короткие сроки, то их размер будет расти каждый день. Есть различные методы, которые используются для обнаружения дорожных дефектов, одним из которых является метод компьютерного зрения. Типично цифровые камеры устанавливаются на автомобили, и затем выполняется обработка получаемого набора изображений от данного отрезка дороги. В данной статье предлагается методика получения изображения с помощью беспилотных летательных аппаратов, что позволяет собрать необходимые данные о состоянии дорожного полотна на больших по длине отрезках дороги. Предлагается методика выделения дефектов в виде трещин и оценки параметров, которые определены в нормативных документах. В результате проведенных исследований были получены и обработаны реальные изображения с помощью предложенной авторами методики, которая показала высокую скорость и точность, что указывает на возможность использования её на практике.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
О КЛАССИФИКАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ SENTINEL-2 НЕЙРОННОЙ СЕТЬЮ RESNET-50
стр.474-481
Бычков И.В., Ружников Г.М., Федоров Р.К., Попова А.К., Авраменко Ю.В.
В работе исследовано изменение точности классификации спутниковых изображений при различных комбинациях параметров нейронной сети и набора входных данных. Проведено добавление к обучающей выборке индекса NDVI и локальных бинарных шаблонов. Выполнено тестирование классификаторов, созданных на разных количествах эпох и образцах. Определены значения гиперпараметров нейронной сети, позволяющие достичь точности классификации 0,70 и F-меры 0,65. Разделение классов с похожими спектральными характеристиками показывает низкое качество при различных параметрах и наборах входных данных. Для улучшения требуется привлечение дополнительной информации. Например, для разделения лесов на подклассы необходимо применение классификаторов, использующих изображения за разные периоды года, учитывающих вегетационный период. Кроме того, необходимо расширение обучающей выборки для учета различных природных зон, почв и т.д.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ФОРМИРОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТОПОЛОГИИ
стр.482-490
Использование традиционных методов алгебраической топологии для получения информации о форме объекта связано с проблемой формирования малого количества информации: чисел Бетти и характеристик Эйлера. Центральным инструментом топологического анализа данных является метод персистентной гомологии, который суммирует геометрическую и топологическую информацию в данных с использованием персистентных диаграмм и баркодов. На основе методов персистентной гомологии может быть выполнен анализ топологических данных для получения информации о форме объекта. Построение персистентных баркодов и персистентных диаграмм в вычислительной топологии не позволяет построить гильбертово пространство со скалярным произведением. Возможность применения методов топологического анализа данных основана на отображении персистентных диаграмм в гильбертово пространство; одним из способов такого отображения является метод построения персистентного ландшафта. Его преимущества заключаются в том, что он обратим, поэтому он не теряет никакой информации и имеет свойства персистентности. В работе рассматриваются математические модели и функции представления объектов персистентного ландшафта на основе метода персистентной гомологии. Рассмотрены методы преобразования персистентных баркодов и персистентных диаграмм в функции персистентного ландшафта. С функциями персистентного ландшафта ассоциируется ядро персистентного ландшафта, которое формирует отображение в гильбертово пространство со скалярным произведением. Предложена формула для определения расстояния между персистентными ландшафтами, которая позволяет находить расстояния между изображениями объектов. Функции персистентного ландшафта отображают персистентные диаграммы в гильбертово пространство. Приведены примеры определения расстояния между изображениями на основании построения функций персистентного ландшафта этих изображений. Рассмотрены представления топологических характеристик в различных моделях вычислительной топологии. Расширены результаты для модулей персистентности с одним параметром на многопараметрические модули персистентности.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА ПОСМЕННОГО ИНКРЕМЕНТНОГО ОБУЧЕНИЯ НЕЙРОННОЙ СЕТИ
стр.491-498
Орлов А.А., Абрамова Е.С.
В работе показывается актуальность разработки инкрементных методов и алгоритмов обучения нейронной сети. Представлены семейства техник инкрементного обучения. Проведена оценка возможности применения машины экстремального обучения как инкрементного обучения. Эксперименты показывают возможность использования машины экстремального обучения как инкрементного обучения, однако при увеличении числа обучающих примеров нейронная сеть становится непригодна для дальнейшего обучения. Для решения данной проблемы предложен алгоритм инкрементного обучения нейронной сети, основанный на поочередном применении машины экстремального обучения для корректировки весов только выходного слоя сети (состояние функционирования) и метода обратного распространения ошибки (глубокого обучения) для корректировки всех весов сети (состояние сна). Полагается, что в ходе состояния функционирования нейронная сеть выдает результаты или учится на новых задачах, а в состоянии сна оптимизирует свои весовые коэффициенты. Особенностью предложенного алгоритма является его возможность адаптироваться в реальном масштабе времени под изменение внешних условий на этапе функционирования. На примере решения задачи аппроксимации показана эффективность предложенного алгоритма. Представлены результаты аппроксимации после выполнения каждого шага алгоритма. Приведено сравнение значений среднеквадратической ошибки при использовании машины экстремального обучения как инкрементного обучения и разработанного алгоритма посменного инкрементного обучения нейронной сети.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
