Электроника, фотоника и киберфизические системы

КОЛОНКА РЕДАКТОРА

Олег Геннадьевич Морозов — Вт, 02 апр 2024 13:56:27 +0300

ОБНАРУЖЕНИЕ ПЕШЕХОДОВ НА ИЗОБРАЖЕНИЯХ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ ГЛУБОКОГО ОБУЧЕНИЯ

Майя Михайловна Ляшева, Стелла Альбертовна Ляшева, Михаил Петрович Шлеймович — Ср, 17 янв 2024 00:00:00 +0300

В работе рассмотрена задача обнаружения пешеходов на изображениях в интеллектуальных системах поддержки водителей транспортных средств. Решение указанной задачи имеет важное значение при разработке и внедрении интеллектуальных транспортных систем в рамках реализации концепции «Умный город». Целью работы является выбор метода обработки изображений для точного и быстрого обнаружения пешеходов при ограничении на вычислительные ресурсы системы. Приведены основные классы решения задачи обнаружения объектов на изображениях. Показано, что традиционные методы обработки изображений являются менее требовательными и более быстрыми по сравнению с методами на основе глубокого обучения, но существенно уступают последним по точности. Выполнен анализ одноэтапных и двухэтапных моделей глубокого обучения, применяемых для обнаружения заданных объектов. По результатам анализа выбрана модель YOLOv4-tiny. На основе данной модели реализована программа, позволившая провести экспериментальные исследования по обнаружению пешеходов на изображениях. Предложенный подход показал свою эффективность и может быть использован для разработки интеллектуальных систем поддержки водителей транспортных систем.

РАСПОЗНАВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ РУКОПИСНЫХ ПОДПИСЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ТЕОРИИ НЕЧЁТКИХ МНОЖЕСТВ

Эллина Сергеевна Анисимова, Игорь Вячеславович Аникин — Пн, 22 янв 2024 00:00:00 +0300

Работа посвящена распознаванию рукописных подписей, введённых с помощью графического планшета. Предложена признаковая модель рукописной подписи, характеризующая особенности динамики написания подписи по различным каналам и использующая методы теории нечётких множеств. Предложен алгоритм создания эталонного шаблона рукописной подписи, использующий метод потенциалов для построения функций принадлежности признаков и работающий даже при небольшой обучающей выборке. Проведены исследования, в которых выявлены оптимальные значения степени компактности, используемой при построении функций принадлежности из эталонного шаблона, формы функций принадлежности термов лингвистических переменных, применяемых при построении признаковой модели, и, кроме того, получены рациональные составы признаков, минимизирующие ошибку распознавания. Предложена модульная структура программной системы распознавания рукописных подписей, введённых с помощью графического планшета. При найденных в результате исследований параметрах достигнуты значения показателя EER 0,36% и значение ошибки второго рода 0,2%.

НЕЙРОСЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ РАСПОЗНАВАНИЯ ВЫРАЖЕНИЯ ЛИЦА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ ЧЕЛОВЕКА

Пн, 29 янв 2024 00:00:00 +0300

Статья посвящена использованию сверточной нейросетевой модели для определения усталости человека по выражению лица. Для этого используется архитектура сверточной нейронной сети ResNet50, которая обучается на изображениях и находит признаки, указывающие на усталость и бодрость человека. Подготовленный набор данных включает в себя 6000 изображений, из которых 3000 изображений соответствуют усталому человеку (на этих изображениях человек зевает или закрывает глаза) и 3000 изображений – бодрому человеку. При создании нейросетевой модели ResNet50 использован язык программирования Python, платформа для разработки Jupyter Notebook и среда разработки Anaconda3. Нейросетевая модель обучалась в течение 100 эпох, при этом каждый обучающий пример состоял из 32 элементов. Благодаря использованию алгоритма оптимизации Adam удалось обучить нейронную сеть для корректной классификации изображений на два класса: усталость и бодрость. При обучении нейросетевая модель достигла уровня точности классификации в 95%. В результате расчета значений метрик качества классификации Recall и Precision на тестовой выборке данных, используя матрицу ошибок, удалось получить высокие результаты. Для класса «усталый» значение метрики Recall составило 0.9426, а метрики Precision – 0.9587. Для класса «бодрый» значение метрики Recall составило 0.9576, а метрики Precision – 0.9417. Эти показатели свидетельствуют об адекватности построенной модели и возможности ее практического использования. В итоге можно сделать вывод, что проведенное исследование продемонстрировало успешное применение нейросетевой модели распознавания выражения лица для определения усталости человек с высокой степенью точности.

ПРИМЕНЕНИЕ НЕЙРОСЕТЕВЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ЭМОЦИОНАЛЬНОЙ ОКРАСКИ РЕЧИ

Дарья Ивановна Карпенкова, Алексей Сергеевич Катасёв — Вт, 30 янв 2024 00:00:00 +0300

В работе рассмотрено решение задачи распознавания эмоциональной окраски речи на основе построения и исследования нейросетевой модели. Проанализированы типовые методы классификации эмоций. Для решения задачи обоснована целесообразность использования категориальной модели представления эмоций как наиболее эффективной. В качестве объекта исследований выступают аудиозаписи человеческой речи. Для анализа значений параметров аудиозаписей, таких как мел-кепстральные коэффициенты, спектрограммы и хроматограммы, предложено использовать нейросетевую модель. В качестве исходных данных для анализа и нейросетевого моделирования использовано несколько наборов англоязычных аудиоданных, найденных на платформе kaggle. Исходный набор данных выделяет семь классов (эмоций): счастье, удивление, нейтральная эмоция, гнев, печаль, страх, отвращение. Общее число аудиозаписей в сформированном наборе составляет 48648. Исходные данные были представлены в виде аудиозаписей различной длины. Для обучения нейросетевой модели из аудиозаписей были извлечены характерные признаки и проведена аугментация. По исходным данным рассчитаны значения 162 параметров аудиозаписей с получением единой таблицы данных для анализа. Описан процесс подготовки данных к анализу и моделированию. Проведено разбиение данных на обучающее и тестовое множества, а также построение и исследование нейросетевой модели в виде сверточной нейронной сети. Для оценки эффективности построенной модели произведена оценка точности, полноты и F-меры построенной модели. Результаты исследований показали, что построенная модель является достаточно эффективной и может быть использована в составе интеллектуальной системы поддержки принятия решений.

ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ СПЕЦИАЛЬНОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫХ СТРУКТУР

Пт, 22 мар 2024 00:00:00 +0300

В статье рассматриваются вопросы разработки специализированного программного и математического обеспечения для автоматизированной системы управления в силовых структурах. Приведен краткий анализ отечественного программного обеспечения в силовых ведомствах и структурах, который показывает, что наиболее оптимальным для создания автоматизированной системы управления в силовых структурах с высоким уровнем безопасности и механизмами разграничения доступа будет является программное обеспечение на основе ядра Linux. Для разработки качественно нового специализированного математического и программного обеспечения, позволяющего повысить результаты работы должностных лиц органов управления силовых структур и обеспечить сохранность циркулирующей в автоматизированных системах информации предложена структура программного обеспечения и головного модуля автоматизированной системы. Представленное решение позволяет перестраивать состав автоматизированной системы управления силовых структур в целом и каждого автоматизированного рабочего места в отдельности.

ГЕНЕРАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАЗМОНА НА ОПТОВОЛОКНЕ С ГРАФЕНОВЫМ ПОКРЫТИЕМ ДЛЯ СЕНСОРНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ

Ср, 20 мар 2024 00:00:00 +0300

Данная статья посвящена вопросам генерации поверхностного плазмона на границе раздела «графеновое покрытие – кварцевое стекло», а также на поверхности круглой проводящей частицы. Такие плазмоны представляют интерес для создания сенсорных устройств в медицине и биологии ввиду нейтральности графеновых покрытий. Говорится, что для повышения чувствительности сенсора плазмон следует усиливать. Показано также, что наличие частиц с проводимостью в исследуемом веществе оказывают влияние на общий коэффициент преломления вещества и изменяют его даже при самой незначительной концентрации дополнительных веществ (аналитов).

ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Пн, 29 янв 2024 00:00:00 +0300

Рассматриваются возможности организации каналов связи с параллельной передачей информации. При голографической передаче происходит своеобразное транспонирование матрицы пространства-времени, дающее возможность параллельной передачи. В этом случае информация развернута в пространстве (волновой фронт объекта), а во времени используются две локальные точки – момент формирования объекта и момент формирования голограммы. Одним из вариантов является оптическая голография, в которой для увеличения дальности связи можно использовать в качестве элементов матрицы передатчика узконаправленные лазеры. Второй вариант – перенос голографии в радиодиапазон, третий – перевод информационного взаимодействия из области пространства-времени в область время-частота. Рассмотренные методы параллельной голографической передачи позволяют создать каналы связи, практически не имеющие верхнего предела пропускной способности. Теоретическим пределом является скорость передачи голограммы – объема информации, содержащейся в трехмерном изображении сложного объекта, в течение длительности одного периода световой волны

ОПТИЧЕСКОЕ РАДИО

Ср, 21 фев 2024 00:00:00 +0300

Передача информации с помощью электромагнитного излучения происходит двумя основными способами – оптическим (в видимой части спектра) и радио (в длинноволновой части спектра). Эти способы принципиально отличаются друг от друга. На оптическом способе основано зрение живых существ и вся техника фиксирования изображений, начиная с фотографии. Хотя обычно зрение и фотографию не относят к процессу передачи информации, фактически это параллельная передача информации из области пространства, в которой расположен наблюдаемый объект, в область восприятия – на сетчатку глаза или фотоматрицу камеры. Радио способ – последовательная передача информации между двумя точками. Если в одной области пространства необходимо организовать несколько каналов связи, возникает проблема их интерференции в приемной антенне. Основным способом решения этой проблемы является частотное разделение, возможности которого всегда ограничены шириной выделенного диапазона частот. Для дальнейшего увеличения числа каналов в условиях дефицита частотного ресурса используется временное, фазовое и кодового разделение каналов. Третий способ – оптическое радио. Оптическое радио – это использование законов геометрической оптики в радиодиапазоне. При переходе к другой длине волны изменяются только размеры линзы и размеры приемника (приемной матрицы). Основным элементом оптического радио является радиолинза, при этом в отличие от апертурной антенны традиционного радио она используется для формирования радиоизображения, проецируемого на массив элементарных антенн. Это дает возможность организовать в одном пространственном канале большое число радиоканалов, работающих на одной несущей с независимым выбором способов модуляции и ширины используемого спектра. Ограничением оптического радио является необходимость прямой видимости.

СПОСОБ СОЗДАНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО КАНАЛА СВЯЗИ, ОСНОВАННОГО НА ВРЕМЕННЫХ АЗБУКАХ МОРЗЕ

Равиль Рашидович Нигматуллин — Чт, 21 мар 2024 00:00:00 +0300

В этой работе рассматриваются новые методы кодирования, базирующиеся на множествах, основанных на азбуках Морзе. Эти множества временных азбук Морзе (ВАМ) могут быть успешно применены (по мнению автора статьи) в диапазоне КВ и УКВ. Более того, эта двоичная система (основанная на точках и тире) расширяет возможности существующей двоичной системы. К этой системе можно присоединить бесконечные псевдослучайные последовательности, полученные из простых чисел. Таким образом, три множества: (а) неисчислимое множество простых чисел; (б) бесконечные множества псевдослучайных чисел, полученных из простых чисел извлечением произвольных корней (также образующих множество натуральных чисел); и (в) присоединённые к ним ВАМ дают в итоге достаточно надежную систему, защищенную от взлома примененного кода, приближающуюся к "идеальному" решению. Заметим также, что предлагаемая система имеет удобные для передачи короткие крипто-ключи и может быть частично использована в существующих системах криптографии для защиты, в частности, выделенных информационных блоков.