Том 60 № 5 2024 (СЕНТЯБРЬ – ОКТЯБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

 

1. Ланге М. М., Парамонов С. В. Теоретико-информационные границы точности классификации объектов в пространствах представлений с заданными расстояниями

Аннотация:
Исследуются нижние границы вероятности ошибки классификации объектов при фиксированных значениях количества обрабатываемой информации в пространствах представлений объектов с заданными расстояниями. Границы определяются монотонно убывающими функциями наименьшей средней взаимной информации между предъявляемыми объектами и оценками их классов от вероятности ошибки. Обращения таких функций дают нижние границы вероятности ошибки классификации при фиксированных значениях количества обрабатываемой информации. Для древовидных и векторных представлений объектов получены численные реализации указанных границ. Демонстрируется более низкая граница вероятности ошибки в пространстве векторных представлений объектов по сравнению с аналогичной границей в пространстве древовидных представлений. Отмечается возможность понижения границы вероятности ошибки путём комплексирования представлений с различными метриками.

Страницы: 3-9
DOI: 10.15372/AUT20240501

2. Мурашов Д. М. Алгоритмы формирования карт сегментации изображений из суперпикселей на основе комбинированной информационной меры качества

Аннотация:
Предлагаются новые алгоритмы объединения суперпикселей в сегменты с использованием «жадной» стратегии и комбинированной меры качества, которая включает две компоненты: меру информационной избыточности и вариацию информации. «Жадная» стратегия применялась автором ранее для ускорения сегментации изображений из условия минимума информационной избыточности, а двухкомпонентная информационная мера качества использовалась в задаче комбинирования различных карт сегментации. Совместное использование «жадной» стратегии и комбинированной меры качества в новых алгоритмах направлено на ускорение формирования карт сегментации и повышение их качества за счёт компромисса между требованиями минимизации количества выделенных информационно важных сегментов и минимизации информационного различия между оригинальными изображениями и сформированными разбиениями. Вычислительный эксперимент на тестовых изображениях показал, что предлагаемые алгоритмы позволяют ускорить процесс сегментации по сравнению с методом на основе минимизации информационной избыточности, применявшимся ранее автором, и улучшить информационные характеристики полученных карт сегментации.

Страницы: 10-20
DOI: 10.15372/AUT20240502

3. Томашайтис П. А., Федосеев В. А., Быков В. Е., Шапиро Д. А. Метод защиты и контроля подлинности изделий FDM-печати за счёт фазового сдвига поверхностного слоя

Аннотация:
Предложен метод защиты изделий 3D-печати, выполненных при помощи технологии FDM, от несанкционированного копирования. Данный метод основан на управляемом отклонении траектории нанесения филамента на плоском участке поверхностного слоя изделия. Величина отклонения траектории линий определяется встраиваемой защитной меткой, которая играет роль водяного знака. Вносимые таким образом изменения трудно обнаружить визуально, и тем более трудно автоматически считать при сканировании формы 3D-изделия, и впоследствии воспроизвести при создании его копии. При этом проверка подлинности изделия посредством детектирования защитной метки может быть выполнена за счёт съёмки изделия цифровой камерой и специализированной обработки на основе спектрального анализа и узкополосной фильтрации.

Страницы: 21-33
DOI: 10.15372/AUT20240503

4. Тимченко Е. В., Тимченко П. Е., Фролов О. О., Волова Л. Т., Бажутова И. В., Власов М. Ю. Расширенный сравнительный спектральный анализ различных биоматериалов с применением математических методов обработки

Аннотация:
Проведены эксперименты по применению математических методов обработки для расширенного сравнительного анализа состава биоматериалов и брефоматриксов. В качестве основных математических методов обработки спектров комбинационного рассеяния (КР) исследуемых биоматериалов использованы линейный дискриминантный анализ (LDA), ROC-анализ. Установлено, что деминерализованные биоматериалы из ювенильного дентина обладают меньшей антигенностью по сравнению с брефоматриксами.

Страницы: 34-40
DOI: 10.15372/AUT20240504

5. Абилов В. В., Громилин Г. И., Косых В. П., Стрельцов В. А., Яковенко Н. С. Аппроксимация изображения малоразмерного подвижного объекта, формируемого сканирующим многорядным фотоприёмником

Аннотация:
Исследуется возможность повышения точности измерения координат и яркости малоразмерных подвижных объектов в последовательности изображений, формируемых сканирующим многорядным фотоприёмником. Повышение точности достигается за счёт аппроксимации изображения объекта функцией, параметрами которой являются яркость объекта и смещение центра его проекции относительно решётки фоточувствительных ячеек (ФЧЯ) приёмника. Критериями качества аппроксимации выступают, с одной стороны, среднеквадратичная разность между изображением объекта и аппроксимирующей функцией, с другой — разброс оценок его координат и яркости в зависимости от положения относительно центра ячейки фотоприёмника в серии изображений. На сериях изображений, полученных посредством проецирования освещённой диафрагмы малого диаметра в плоскость фоточувствительного слоя приёмника, сравниваются несколько наиболее распространённых функций, обычно применяемых для аппроксимации дискретных изображений малоразмерных объектов. Показано, что даже при достаточно высоком уровне случайного шума применение аппроксимирующей модели позволяет оценить координаты объекта со среднеквадратичной ошибкой, не превышающей 20 % от шага решётки ФЧЯ.

Страницы: 41-49
DOI: 10.15372/AUT20240505

6. Голицын А. А., Голицын С. А., Сейфи Н. А. Применение метода взаимной корреляции изображений для расчёта координат положения объектов круглой формы и измерения их размеров

Аннотация:
Предложена методика вычисления координаты положения круглого объекта на изображении и его диаметра. В основе методики лежит вычисление значений взаимных корреляций фрагмента анализируемого изображения с несколькими характерными изображениями-эталонами, чтобы одновременно определить, и какой эталон, и какое его смещение относительно исследуемого фрагмента являются наиболее подходящими. Методика позволяет не только вычислить размер и координаты, но и определить фактическое отсутствие объекта в поле зрения. Показана её реализуемость и практическая применимость на примере алгоритма анализа мест сварки проволочных соединений на поверхности полупроводников с характерным шариком, которые используются при сборке интегральных микросхем. Алгоритм может быть использован в целях неразрушающего контроля на производстве полупроводниковых изделий до их корпусирования. Алгоритм позволяет не только измерить диаметр шарика и определить, находится ли его координата в допуске или нет, но также установить, имеется ли соединение вообще.

Страницы: 50-59
DOI: 10.15372/AUT20240506

МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

7. Козлов Д. А. Применение трансформера для кодирования состояний в обучении с подкреплением

Аннотация:
Исследуется применение архитектуры трансформера для кодирования состояний в алгоритмах обучения с подкреплением. Представлен новый подход, который интегрирует трансформеры с существующими методами, такими как SAC (Soft Actor-Critic), для улучшения их производительности и обобщающей способности. Результаты экспериментальных исследований показывают, что предложенный подход может улучшить обучение в сложных задачах приобретения навыков передвижения в трёхмерном пространстве.

Страницы: 60-68
DOI: 10.15372/AUT20240507

ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ

8. Борзов С. М., Нежевенко Е. С., Орлов С. И., Потатуркин О. И., Узилов С. Б. Экспериментальные исследования эффективности классификации материалов по их спектрам отражения

Аннотация:
Статья посвящена экспериментальному изучению эффективности методов классификации зелёной растительности и маскировочных материалов по их спектральным признакам. Исследования выполнены с использованием реальных спектральных данных, полученных на многоканальном спектрографе на основе диспергирующего элемента и многоэлементной ПЗС-линейки в видимом и ближнем ИК-диапазонах длин волн.

Предложена методика обработки совокупности спектральных данных с целью формирования представительной системы признаков и последующего применения адаптивных пороговых алгоритмов обнаружения объектов интереса. Исследована эффективность применения в качестве признаков для классификации типов материалов вегетационных индексов, рассчитанных для спектральных каналов при различной их ширине и при разном положении центральной длины волны. Особое внимание уделено различению свежей и подвергшейся антропогенному воздействию растительности. Экспериментально показано, что в качестве информативных признаков при классификации объектов могут быть использованы как двухканальные, так и трёхканальные индексы.

Страницы: 69-76
DOI: 10.15372/AUT20240508

9. Голополосов А. А., Юрин А. И., Вишняков Г. Н., Минаев В. Л. Анализ влияния ошибки юстировки анализатора дифференциального фазового поляриметра на параметры информативного сигнала

Аннотация:
Приведена схема дифференциального фазового поляриметра, применяемого для исследования оптически активных веществ. Для анализа влияния ошибки юстировки вращающегося анализатора на результаты измерений угла вращения плоскости поляризации (УВПП) применено математическое моделирование процесса формирования информативного сигнала при наличии отклонения от перпендикулярности плоскости анализатора относительно оси распространения излучения. Приведены результаты исследования влияния ошибки юстировки на точность восстановления разности фаз двух гармонических сигналов. Полученные результаты позволяют выработать требования к юстировке элементов дифференциального фазового поляриметра с целью повышения точности измерений УВПП.

Страницы: 77-83
DOI: 10.15372/AUT20240509

10. Пен Е. Ф. Экспериментальное исследование динамики усадки голографических фотополимерных материалов

Аннотация:
Исследована динамика эффективной и физической (геометрической) усадок голографического фотополимерного материала путём измерения эволюции спектров пропускания объёмных отражательных голограмм в процессе их записи. Впервые экспериментально показано, что в значительной степени физическая усадка происходит уже на ранней стадии формирования голограммы, когда её дифракционная эффективность незначительна (менее 0,05). Установлено, что в конце засветки значения эффективной усадки для малых и больших периодов решёток существенно отличаются, в то время как физическая усадка примерно одинаковая. Для исследованных образцов решёток получены оценки средних значений показателей преломления до и после засветки. Разработаны методика и устройство измерений динамики усадки отражательных фотополимерных голограмм, обеспечивающие минимальные погрешности оценки параметров усадки. Результаты исследований могут быть полезны для углубления знаний о механизме формирования голограмм в фотополимерных материалах, а также для практического использования при разработке голографических элементов и устройств на их основе.

Страницы: 84-94
DOI: 10.15372/AUT20240510

11. Бублик А. Н., Кирьянов А. В., Кирьянов В. П., Каракоцкий А. Г. Автоматизированная калибровка углоизмерительных шкал с нерегулярной структурой

Аннотация:
Разработана и апробирована методика калибровки шкал с нерегулярной структурой, характерной для абсолютных угловых датчиков на основе псевдослучайных кодов. Экспериментально получены результаты калибровки на уровне ±2,2″ с неопределённостью ±0,5″, характерной для используемой измерительно-диагностической установки АЭ.1686. Достоверность результатов калибровки нерегулярных шкал подтверждается идентичностью полученных кривых при их сличении с кривой калибровки регулярной шкалы, сформированной на другом радиусе в едином технологическом цикле совместно с одной из контролируемых нерегулярных шкал.

Страницы: 95-101
DOI: 10.15372/AUT20240511

ФОТОНИКА: МЕТОДЫ, КОМПОНЕНТЫ, СИСТЕМЫ

12. Вытовтов К. А., Барабанова Е. А., Иванов М. Г., Вытовтов Г. К. Модель оптического коммутатора c частотно-временным разделением сигналов и децентрализованным управлением

Аннотация:
Предложена принципиально новая модель оптического коммутатора с децентрализованным управлением. Преимуществами предлагаемого коммутатора являются отсутствие оптоэлектронного преобразования информационного сигнала и возможность построения масштабируемых схем малой сложности. Схема коммутатора включает в себя следующие основные элементы: электрически управляемые ключи на основе ниобата лития, фильтры Брэгга, оптические вентили, фокусирующие системы, управляющую линзовую систему, локальную систему формирования управляющих сигналов. Проведённый расчёт оптических устройств коммутатора показал возможность его реализации и функционирования в диапазонах 1310–1460 нм для передачи управляющих сигналов и 1550 нм — для информационного сигнала, обеспечивающего взаимодействие устройств центров обработки данных.

Страницы: 102-110
DOI: 10.15372/AUT20240512

13. Пожар В. Э., Дьяконов Е. А. О формировании спектральной характеристики широкоапертурного акустооптического фильтра

Аннотация:
Рассмотрена проблема построения электронно-перестраиваемого оптического фильтра с синтезируемой спектральной характеристикой. В качестве технической основы взят фильтр на базе дифракции света на акустических волнах, в котором все главные характеристики определяются параметрами фазовой объёмной дифракционной решётки, создаваемой в кристаллической среде акустическим полем, формируемым пьезоизлучателем. Исследована возможность формирования передаточной функции (спектральной характеристики) акустооптического перестраиваемого фильтра путём формирования управляющего сигнала и создания в среде неоднородной динамической фазовой дифракционной решётки. Показано, что в широкоапертурной геометрии акустооптических фильтров, используемой в современных гиперспектральных системах, может быть построена однокоординатная модель акустооптического взаимодействия. Определена связь между параметрами управляющего высокочастотного сигнала, акустической волны, создающей решётку, и спектральной функцией пропускания фильтра. Сформулированы принципиальные ограничения на ширину спектрального окна пропускания. Полученные соотношения позволяют описать работу акустооптического фильтра при произвольном законе амплитудной и частотной модуляций управляющего ультразвукового сигнала при ограниченном коэффициенте передачи. Результаты могут найти применение при проектировании оптических спектральных систем с управляемой функцией пропускания акустооптического фильтра.

Страницы: 111-119
DOI: 10.15372/AUT20240513

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

14. Мифтахов Э. Н., Иванов Д. В. Поиск оптимального состава реакционной смеси с использованием алгоритма имитации отжига

Аннотация:
В общем виде сформулирована задача определения оптимального начального состава реакционной смеси. Описан метод решения поставленной задачи, в основе которого лежит алгоритм имитации отжига. Проведён вычислительный эксперимент для ферментативной реакции Михаэлиса — Ментен и реакции аминометилирования тиолов. Выполнен подбор параметров для эффективной работы алгоритма. С помощью представленного метода найден оптимальный исходный состав реакционной смеси, при котором достигается максимальный выход целевого продукта. Приведён анализ эффективности данного алгоритма путём сопоставления с результатами работы других методов оптимизации.

Страницы: 120-128
DOI: 10.15372/AUT20240514