Journal of the Russian Universities. Radioelectronics / Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Not a member yet
541 research outputs found
Sort by
Адаптивное прогнозирование случайного процесса с использованием алгоритма последовательной регрессии
Get PDFIntroduction. Adaptive statistical prediction of a random process is relevant to a noise compensation in radar and optical location problems. The shape of the signal reflected from the target is often unknown due to the use of short probing pulses passing during their duration in a distance less than the size of the target. Subtracting the noise forecasted in the previous time point from its current value allows one to compensate for the noise.Aim. Investigation of the problem of adaptive linear prediction of random processes by a non - recursive linear filter implementing a sequential regression algorithm for infinitely and finitely differentiable random processes.Materials and methods. Models of random interferences in the form of infinitely and finitely differentiable random processes were considered. The sequential regression algorithm required to estimate the correlation selection matrix, the selection vector of correlation of the forecast and sample units. Due to random process and its derivative incorrelation, the sparse correlation selection matrix was formed. This factor reduced the number of mathematical operations.Results. The results of numerical calculations and the implementation of random process, its optimal and adaptive prediction obtained during the simulation were presented. The adaptive predictive filter with random process derivative sampling provided at least a one third reduction of the number of mathematical operations in comparison with the transversal predictive filter.Conclusion. An algorithm of sequential regression in predicting a random process and its a priori unknown parameters is the closest to the ideal algorithm of direct matrix inversion. It allows to adapt to the changing process parameters. The number of iterations in non-recursive filtering and the value of attenuation of the estimated linear regression coefficients during the adaptation can be used to adapt to the changes in the parameters of the predicted process.Введение. Адаптивное статистическое прогнозирование случайного процесса актуально для компенсации шума в задачах радио- и оптический локации. Форма отраженного от цели сигнала часто неизвестна ввиду использования коротких зондирующих импульсов, пробегающих в течение своей длительности расстояние, малое по сравнению с размерами цели. Вычитание из значения шума его прогноза, сформированного в предыдущий момент времени, позволяет компенсировать шум.Цель работы. Исследование задачи адаптивного линейного прогнозирования случайных процессов нерекурсивным линейным фильтром, реализующим алгоритм последовательной регрессии для дифференцируемых бесконечно и дифференцируемых конечное число раз случайных процессов.Материалы и методы. Рассмотрены модели случайных помех в виде дифференцируемых бесконечно и дифференцируемых конечное число раз случайных процессов. Алгоритм последовательной регрессии требует оценки корреляционной матрицы выборки и вектора выборки корреляции прогноза и элементов выборки. За счет некоррелированности случайного процесса и его производной образуется разреженная корреляционная матрица выборки, что уменьшает число математических операций. Результаты. Приведены результаты численных расчетов и реализация случайного процесса, его оптимального и адаптивного прогноза, полученные в ходе имитационного моделирования. Адаптивный прогнозирующий фильтр с использованием выборки производных случайного процесса позволяет минимум на треть уменьшить число математических операций в сравнении с использованием трансверсального прогнозирующего фильтра.Заключение. Алгоритм последовательной регрессии при прогнозировании случайного процесса и априорной неизвестности параметров случайного процесса наиболее близок к идеальному алгоритму непосредственного обращения матрицы, позволяя в ходе работы адаптироваться к изменяющимся параметрам процесса. Число итераций при нерекурсивной фильтрации и уровень затухания оцениваемых коэффициентов линейной регрессии в ходе адаптации можно использовать для адаптации при изменении параметров прогнозируемого процесса
Метод прогнозирования основных показателей кардиопульмонального нагрузочного тестирования для больных с хронической сердечной недостаточностью
Get PDFIntroduction. Cardiopulmonary stress test provides significant diagnostic and prognostic information of the condition of patients with cardiovascular and pulmonary diseases. There is a serious problem, that final phase of stress testing is a physically difficult exercise for a person. There is a significant risk of occurrence and development of pathological conditions of the patient's cardiovascular system. One of the solutions is the development of methods for assessing the biological parameters of the patients at the end of a load protocol based on data from the initial stages of the test.Aim. Development of a method for finding an estimate of the maximum heart rate (HR) and of the peak oxygen consumption (OC) for the patients with chronic heart failure at the end of a cardiorespiratory exercise stress test, based on the results of the study obtained at the first initial stages of the test.Materials and methods. For the study, 149 anonymized records of rhythmograms and data of changes in the oxygen consumption of the patients with chronic heart failure were used. The patients underwent a cardiopulmonary stress test by a bicycle ergometer using step-by-step load protocol (the load power increase at each stage was 10 W, the duration of the load stage was 1 min)Results. Based on the analysis of the data obtained, a method for assessing the peak values of HR and of PC of the patients with chronic heart failure was developed.Conclusion. The relative error of the proposed estimate of the HR peak in most cases was no more than 10 %, which allows it to be used for practical purposes. It was established that when performing 70 % of the stress protocol, the error of the proposed estimate of the OC peak in most cases did not exceed 20 %. More research is needed to improve the accuracy of the assessment for using in medical applications aimed to the modernization of methods and equipment for stress testing of the patients.Введение. Кардиопульмональный нагрузочный тест предоставляет значимую диагностическую и прогностическую информацию о состоянии больных с сердечно-сосудистыми и легочными заболеваниями. Существует серьезная проблема, состоящая в том, что выполнение нагрузочного тестирования испытуемым в его завершающей фазе является физически тяжелым упражнением для человека. Присутствует значительный риск возникновения и развития патологических состояний сердечно-сосудистой системы пациента. Одним из решений данной проблемы является разработка методов оценивания биологических параметров пациентов в конце выполнения нагрузочного протокола на основе данных первых этапов теста.Цель работы. Разработка метода нахождения оценки максимальной частоты сердечных сокращений (ЧСС) и пикового потребления кислорода (ПК) у больных с хронической сердечной недостаточностью (ХСН) в конце выполнения кардиореспираторного нагрузочного стресс-теста на основе результатов исследования, полученных на первоначальных ступенях теста.Материалы и методы. Для проведения исследования использованы 149 обезличенных записей ритмограмм и данных изменения ПК пациентов с ХСН, которые проходили кардиопульмональный нагрузочный тест на велоэргометре с использованием ступенчатого нагрузочного протокола (прирост мощности нагрузки на каждой ступени составлял 10 Вт, длительность ступени нагрузки была равна 1 мин).Результаты. На основе анализа полученных данных разработан метод оценки пиковых значений ЧСС и ПК у больных с ХСН.Заключение. Относительная ошибка предложенной оценки пикового значения ЧСС в большинстве случаев не превосходила 10 %, что позволяет ее использовать для практических целей. Установлено, что при выполнении 70 % нагрузочного протокола ошибка предложенной оценки пикового ПК в большинстве случаев не превосходит 20 %. Необходимы дополнительные исследования для повышения точности данной оценки с целью использования в медицинских приложениях, направленных на модернизацию методов и аппаратуры для нагрузочного тестирования пациентов
Влияние рассогласования параметров квадратурных каналов на работу адаптивной системы селекции движущихся целей
Get PDFIntroduction. The paper considers the operation of an adaptive selection system for moving targets, represented by a one-time multi-period subtractor. The system of selection of moving targets is made in the form of two quadrature channels, in which high-frequency input radio signals are converted to video frequency. Goal. Investigation of the system of selection of moving targets in the conditions of amplitude and phase misalignment of quadrature channels. Aim. The study of the operation of the moving targets selection system in the conditions of amplitude and phase mismatches of quadrature channels. Materials and methods. The method of complex variable is used, in which the input and output signals of the adaptive selection system for moving targets are represented as a pair of complex-conjugate components. Results. An expression is obtained for the frequency transfer function of an adaptive passive noise suppression system with a variable cut-off zone relative to the average frequency of the spectrum of interference signals. The influence of almost unavoidable amplitude and phase mismatches in the characteristics of quadrature channels is studied. Expressions are obtained for the dispersion of output noise signals of the considered system of moving targets with amplitude and phase misalignment of quadrature channels. Analytical relations for the coefficients of passive interference suppression are presented. The dependences of the jamming signal suppression coefficients were calculated and constructed depending on the deviation of the transmission coefficients of quadrature channels and the phase misalignment of the reference voltages for different values of the average frequency of the passive noise spectrum. Conclusion. The essential dependence of the jamming signal suppression coefficient on their average frequency, as well as amplitude and phase misalignments of quadrature channels is shown. The proposed research method allows us to evaluate the effect of misalignment of quadrature channels on the operation of a moving target selection system using high-order cutting filters.Введение. Рассмотрена работа адаптивной системы селекции движущихся целей, представленной однократным череспериодным вычитающим устройством. Система селекции движущихся целей выполнена в виде двух квадратурных каналов, в которых высокочастотные входные радиосигналы преобразуются на видеочастоту. Цель работы. Исследование работы системы селекции движущихся целей в условиях амплитудных и фазовых рассогласований квадратурных каналов. Материалы и методы. Использован метод комплексной переменной, при котором входной и выходной сигналы адаптивной системы селекции движущихся целей представляются в виде пары комплексносопряженных составляющих. Результаты. Получено выражение для частотной передаточной функции адаптивной системы подавлениях пассивных помех с перестраиваемой зоной режекции относительно средней частоты спектра помеховых сигналов. Исследовано влияние практически неизбежных амплитудных и фазовых рассогласований характеристик квадратурных каналов. Получены выражения для дисперсии выходных помеховых сигналов рассмотренной системы селекции движущихся целей при амплитудном и фазовом рассогласованиях квадратурных каналов. Представлены аналитические соотношения для коэффициентов подавления пассивных помех. Рассчитаны и построены зависимости коэффициентов подавления помеховых сигналов в зависимости от величины отклонения коэффициентов передачи квадратурных каналов и фазового рассогласования опорных напряжений для различных значений средней частоты спектра пассивных помех. Заключение. Показана существенная зависимость коэффициента подавления помеховых сигналов от их средней частоты, а также амплитудных и фазовых рассогласований квадратурных каналов. Предложенная методика исследований позволяет оценить влияние рассогласования квадратурных каналов на работу системы селекции движущихся целей, использующей режекторные фильтры высоких порядков
Приемное устройство прецизионного импульсного лазерного дальномера
Get PDFIntroduction. At present the most accurate estimate of ranges is specific to laser range finders using phase measuring techniques. Design of a pulsed laser range finder with short probe pulses enabling one to gain high resolution and accuracy of estimate of target range close to the phase range finders is the topical problem.Aim. Development of a receiving part of the pulsed laser rangefinder with precision characteristics; determination of the accuracy of the measurements; description of the hardware.Materials and methods. The construction of the receiving part of the precision pulsed laser rangefinder with a two-scale digital range estimation system implemented by counting clock generator pulses and an analog integrator that specifies the discrete range estimation was considered. Using the methods of mathematical statistics, the energy characteristics of the rangefinder were determined: the accuracy of the range estimation and the probability of false alarm were provided by the developed scheme. The hardware of the precision laser rangefinder was described.Results. The principles of implementation of the receiving part of the laser rangefinder with a two-scale digital system for estimating the distance to the object were given. The results of numerical simulation of rangefinder characteristics were obtained, confirming the accuracy of range estimation of the order of millimeters. In the implemented rangefinder scheme, the probability of false alarm was 10-4 during 200 s of observing signal and noise mixture. The hardware of the precision laser rangefinder with a digital two-scale range estimation was proposed.Conclusion. The implemented laser range finder approaches to the capabilities of phase laser rangefinders in terms of potential accuracy of distance up to millimeters, while implementing the specified parameter in rapidly changing phono-target environment. Using of short probing pulses with a duration of 10...20 ns allows one to achieve a resolution of up to 1.5 m. In contrast to the phase rangefinder the range can be estimated from a single probe pulse.Введение. В настоящее время наибольшей точностью оценки дальности обладают лазерные дальномеры, использующие фазовые методы измерения, оценивающие дальности с точностью до единиц миллиметров. Однако эти методы пригодны для оценки дальности только до малоподвижных объектов и неработоспособны в условиях быстро изменяющейся фоноцелевой обстановки. В этой связи необходима разработка и расчет характеристик приемных частей прецизионного импульсного лазерного дальномера, использующего созданные лазерные источники излучения с длительностью зондирующих импульсов в единицы наносекунд. Такой дальномер позволит добиться высокой точности оценки дальности, приближающейся по точности к параметрам фазовых дальномеров, для высоко динамичной фоноцелевой обстановки.Цель работы. Разработка приемной части импульсного лазерного дальномера с прецизионными характеристиками; определение точности его измерений; описание его аппаратного обеспечения.Материалы и методы. Рассмотрено построение приемной части прецизионного импульсного лазерного дальномера с двухшкальной цифровой системой оценки дальности, реализуемой подсчетом импульсов тактового генератора и аналоговым интегратором, уточняющим дискретную оценку дальности. С использованием аппарата математической статистики определены энергетические характеристики дальномера: точность оценки дальности и вероятность ложной тревоги, обеспечиваемые разработанной схемой. Описано аппаратное обеспечение прецизионного лазерного дальномера.Результаты. Приведены принципы реализации приемной части лазерного дальномера с двухшкальной цифровой системой оценки дальности до объекта. Получены результаты численного моделирования характеристик дальномера, подтверждающие точность оценки дальности порядка миллиметров. В реализованной схеме дальномера вероятность ложной тревоги составила −4 10 при наблюдении реализации смеси сигнала с шумом в продолжении 200 с. Предложено аппаратное обеспечение прецизионного лазерного дальномера с цифровой двухшкальной оценкой дальности.Заключение. Реализованный лазерный дальномер по потенциальной точности оценки дальности до объекта порядка миллиметров приближается к возможностям фазовых лазерных дальномеров, при этом реализует указанный параметр в условиях быстро изменяющейся фоноцелевой обстановки. Использование коротких зондирующих импульсов длительностью в 10...20 нс позволяет добиться разрешающей способности до 1.5 м. В отличие от фазовых дальномеров дальность может быть оценена по одному зондирующему импульсу
Noise Properties of Two Mutually Coupled Spin-Transfer Nanooscillators in the Phase Locking Regime
Get PDFIntroduction. Today, many research endeavors are devoted to the miniaturization of microwave sources. One of the promising approaches is the use of magnetic nanostructures (spintronics elements), providing a wide range of frequency tuning and low power consumption. The main disadvantage of spintronics generators (spintransfer nanoscillators ‒ STNO) is a low output power of generated oscillations (tens of nanowatts and less). A possible solution is to sum up the power of many STNOs in a mutual synchronization mode.Aim. The investigation of noise properties of two connected STNOs with identical and non-identical parameters in a phase synchronization mode.Materials and methods. A model was developed of two STNOs interconnected by spin waves taking into account thermal noises. Spectral power densities of the amplitude and phase noise were obtained by the method of effective linearization.Results. Dependencies were obtained in a general form for attenuation coefficients of the amplitude and phase fluctuations of noise sources for each STNO. Three cases of synchronization were considered: completely identical STNOs, two identical STNOs but with different oscillation frequencies, and two non-identical STNOs, differing in an allowance of self-excitation by frequencies and amplitudes of the oscillations. It was possible to obtain a gain in the amplitude and phase noise for two identical STNOs. In this case, an increase in the allowance of self-excitation led to a decrease in the level of phase and amplitude noise.Conclusion. This analysis of the attenuation coefficients for non-identical STNOs demonstrates the possibility of improving the noise properties of each of the generators. In this case, the best noise value is obtained for an STNO with greater stability in a stand-alone mode.Introduction. Today, many research endeavors are devoted to the miniaturization of microwave sources. One of the promising approaches is the use of magnetic nanostructures (spintronics elements), providing a wide range of frequency tuning and low power consumption. The main disadvantage of spintronics generators (spintransfer nanoscillators ‒ STNO) is a low output power of generated oscillations (tens of nanowatts and less). A possible solution is to sum up the power of many STNOs in a mutual synchronization mode.Aim. The investigation of noise properties of two connected STNOs with identical and non-identical parameters in a phase synchronization mode.Materials and methods. A model was developed of two STNOs interconnected by spin waves taking into account thermal noises. Spectral power densities of the amplitude and phase noise were obtained by the method of effective linearization.Results. Dependencies were obtained in a general form for attenuation coefficients of the amplitude and phase fluctuations of noise sources for each STNO. Three cases of synchronization were considered: completely identical STNOs, two identical STNOs but with different oscillation frequencies, and two non-identical STNOs, differing in an allowance of self-excitation by frequencies and amplitudes of the oscillations. It was possible to obtain a gain in the amplitude and phase noise for two identical STNOs. In this case, an increase in the allowance of self-excitation led to a decrease in the level of phase and amplitude noise.Conclusion. This analysis of the attenuation coefficients for non-identical STNOs demonstrates the possibility of improving the noise properties of each of the generators. In this case, the best noise value is obtained for an STNO with greater stability in a stand-alone mode
Application of the Non-Hermitian Singular Spectrum Analysis to the Exponential Retrieval Problem
Get PDFIntroduction. In practical signal processing and its many applications, researchers and engineers try to find a number of harmonics and their frequencies in a time signal contaminated by noise. In this manuscript we propose a new approach to this problem. Aim. The main goal of this work is to embed the original time series into a set of multi-dimensional information vectors and then use shift-invariance properties of the exponentials. The information vectors are cast into a new basis where the exponentials could be separated from each other. Materials and methods. We derive a stable technique based on the singular value decomposition (SVD) of lagcovariance and cross-covariance matrices consisting of covariance coefficients computed for index translated copies of an original time series. For these matrices a generalized eigenvalue problem is solved. Results. The original time series is mapped into the basis of the generalized eigenvectors and then separated into components. The phase portrait of each component is analyzed by a pattern recognition technique to distinguish between the phase portraits related to exponentials constituting the signal and the noise. A component related to the exponential has a regular structure, its phase portrait resembles a unitary circle/arc. Any commonly used method could be then used to evaluate the frequency associated with the exponential. Conclusion. Efficiency of the proposed and existing methods is compared on the set of examples, including the white Gaussian and auto-regressive model noise. One of the significant benefits of the proposed approach is a way to distinguish false and true frequency estimates by the pattern recognition. Some automatization of the pattern recognition is completed by discarding noise-related components, associated with the eigenvectors that have a modulus less than a certain threshold.Introduction. In practical signal processing and its many applications, researchers and engineers try to find a number of harmonics and their frequencies in a time signal contaminated by noise. In this manuscript we propose a new approach to this problem. Aim. The main goal of this work is to embed the original time series into a set of multi-dimensional information vectors and then use shift-invariance properties of the exponentials. The information vectors are cast into a new basis where the exponentials could be separated from each other. Materials and methods. We derive a stable technique based on the singular value decomposition (SVD) of lagcovariance and cross-covariance matrices consisting of covariance coefficients computed for index translated copies of an original time series. For these matrices a generalized eigenvalue problem is solved. Results. The original time series is mapped into the basis of the generalized eigenvectors and then separated into components. The phase portrait of each component is analyzed by a pattern recognition technique to distinguish between the phase portraits related to exponentials constituting the signal and the noise. A component related to the exponential has a regular structure, its phase portrait resembles a unitary circle/arc. Any commonly used method could be then used to evaluate the frequency associated with the exponential. Conclusion. Efficiency of the proposed and existing methods is compared on the set of examples, including the white Gaussian and auto-regressive model noise. One of the significant benefits of the proposed approach is a way to distinguish false and true frequency estimates by the pattern recognition. Some automatization of the pattern recognition is completed by discarding noise-related components, associated with the eigenvectors that have a modulus less than a certain threshold
Сравнение алгоритмов для шумоподавления изображений оптической когерентной томографии меланомы кожи
Get PDFIntroduction. Optical coherence tomography (ОКТ) is a non-invasive instrument for studying optically heterogeneous media with micron precision, including skin cancer. However, ОКТ tissue images are very noisy. It complicates both expert and automated image evaluations. There are almost no systematic comparisons of noise reduction algorithms in the literature.Objective. To obtain comparative test results on a set of ОКТ images of skin melanoma using various noise reduction algorithms.Materials and methods. A number of noise reduction algorithms were described, which include two relatively simple classical algorithms: Wiener and median, and more complex ones: a Complex Diffusion Filter (CDF), an Interval type-II Fuzzy Anisotropic Diffusion Filter (ITTFADF) and an Empirical Mode Decomposition (EMD) filter, previously proposed by the author for visualizing of mesh implants. Quantitative metrics were determined: a Signal-to-Noise Ratio (SNR) metrics, an Effective Number of Looks (ENL) metrics, Structural Similarity Index Metrics (SSIM) and a correlation coefficient χ, reflecting two main principles of improving image quality: to reduce noise and to save the borders of tissue layers and heterogeneities.Results. The results of a comparative testing on a set of images, consisting of 10 melanomas (to which various noise reduction algorithms were applied) were obtained.Conclusion. The study did not reveal the best algorithm for all four metrics. According to the SNR metric, the EMD and the CDF filters perform the best depending on the type of area. At the same time, the EMD filter is either the best in all respects, or is inferior in SNR in heterogeneous areas and takes the second place in ENL. Taking as the correct hypothesis that the border preservation is more important before an integral noise estimate, it is possible to make an unambiguous conclusion about the need to use the EMD filter. As an alternative to the EMD filter, Wiener filter (which wins on the border preservation metrics) should be used or the ITTFADF, which ranked third in all used metrics.Введение. Оптическая когерентная томография (ОКТ) – неинвазивный инструмент для исследования оптически неоднородных сред с микронной точностью, включая онкологию кожи. Однако ОКТ-изображения тканей сильно зашумлены, что усложняет как экспертную, так и автоматическую оценку изображений. В литературе почти отсутствуют систематические сравнения алгоритмов шумоподавления.Цель работы. Получить результаты сравнительного тестирования на наборе ОКТ-изображений меланомы кожи с помощью различных алгоритмов шумоподавления.Материалы и методы. Описан ряд алгоритмов шумоподавления, в которые входят как 2 относительно простых классических алгоритма – винеровский и медианный, так и более сложные: комплексный диффузионный фильтр (Complex Diffusion Filter – CDF), нечеткий анизотропный диффузионный интервальный фильтр второго типа (Interval Type Two Fuzzy Anisotropic Diffusion Filter – ITTFADF) и фильтр на основе эмпирической модовой декомпозиции (Empirical Mode Decomposition – EMD), предложенный ранее автором для визуализации сеточных имплантов. Определены количественные метрики: отношение сигнал/шум (Signal-to-Noise Ratio – SNR), эффективное число наблюдений (Effective Numberof Looks – ENL), индекс структурного сходства и коэффициент корреляции χ, отражающие 2 основных выбранных принципа улучшения качества изображения: уменьшение шума и сохранность границ слоев ткани и неоднородностей.Результаты. Получены результаты сравнительного тестирования на наборе изображений, состоявшем из 10 меланом, к которым были применены различные алгоритмы шумоподавления.Заключение. Исследование не выявило лучший алгоритм по всем четырем метрикам. По метрике SNR лучше всего работают EMD-фильтр и CDF в зависимости от типа области. EMD-фильтр при этом либо лучший по всем признакам, либо уступает на неоднородных областях по SNR и занял второе место по ENL. Приняв за верную гипотезу о большей значимости сохранности границ перед интегральной оценкой шума, можно сделать однозначный вывод о необходимости использования именно EMD-фильтра. В качестве альтернативы EMD-фильтру можно рекомендовать использовать винеровский фильтр (выигрывающий на индексах сохранности границ) или ITTFADF, который занял третье место по всем используемым метрикам
Dispersion Characteristics of Spin-Electromagnetic Waves in Planar Multiferroic Structures with Coplanar Transmission Line
Get PDFIntroduction. The distinctive feature of a coplanar transmission line with thin ferrite and ferroelectric films is the absence of undesirable irregularities in dispersion for relatively low frequencies when the wavelength approaches the thickness of ferroelectric layer, in contrast to the open ferrite-ferroelectric wave-guiding structure without metallization.Aim. The purpose of this paper is twofold: (i) to develop a theory of the wave spectra in the multiferroic structures based on the coplanar lines; (ii) using this theory to find ways to enhance the electric tuning range.Materials and methods. The dispersion relation for spin-electromagnetic waves was derived through analytical solution of the full set of the Maxwell's equations utilizing a method of approximate boundary conditions.Results. A theory of spin-electromagnetic wave spectrum has been developed for the thin-film ferrite-ferroelectric structure based on a coplanar transmission line. According to this theory, dispersion characteristics of the spin-electromagnetic waves were described and analyzed for different parameters of the structure. The obtained results show that the investigated structure demonstrates a dual electric and magnetic field tunability of wave spectra. Its efficiency increases with an increase in the thicknesses of the ferrite and ferroelectric films and with a decrease in the width of the central metal strip.Conclusion. The distinctive features of the proposed coplanar waveguides are the thin-film planar topology and dual tunability of the wave spectra. All these advantages make the proposed structures perspective for development of new microwave devices.Introduction. The distinctive feature of a coplanar transmission line with thin ferrite and ferroelectric films is the absence of undesirable irregularities in dispersion for relatively low frequencies when the wavelength approaches the thickness of ferroelectric layer, in contrast to the open ferrite-ferroelectric wave-guiding structure without metallization.Aim. The purpose of this paper is twofold: (i) to develop a theory of the wave spectra in the multiferroic structures based on the coplanar lines; (ii) using this theory to find ways to enhance the electric tuning range.Materials and methods. The dispersion relation for spin-electromagnetic waves was derived through analytical solution of the full set of the Maxwell's equations utilizing a method of approximate boundary conditions.Results. A theory of spin-electromagnetic wave spectrum has been developed for the thin-film ferrite-ferroelectric structure based on a coplanar transmission line. According to this theory, dispersion characteristics of the spin-electromagnetic waves were described and analyzed for different parameters of the structure. The obtained results show that the investigated structure demonstrates a dual electric and magnetic field tunability of wave spectra. Its efficiency increases with an increase in the thicknesses of the ferrite and ferroelectric films and with a decrease in the width of the central metal strip.Conclusion. The distinctive features of the proposed coplanar waveguides are the thin-film planar topology and dual tunability of the wave spectra. All these advantages make the proposed structures perspective for development of new microwave devices
Метод автоматического определения ключевых точек объекта на изображении
Get PDFIntroduction. Computer vision systems are finding widespread application in various life domains. Monocularcamera based systems can be used to solve a wide range of problems. The availability of digital cameras and large sets of annotated data, as well as the power of modern computing technologies, render monocular image analysis a dynamically developing direction in the field of machine vision. In order for any computer vision system to describe objects and predict their actions in the physical space of a scene, the image under analysis should be interpreted from the standpoint of the basic 3D scene. This can be achieved by analysing a rigid object as a set of mutually arranged parts, which represents a powerful framework for reasoning about physical interaction.Objective. Development of an automatic method for detecting interest points of an object in an image.Materials and methods. An automatic method for identifying interest points of vehicles, such as license plates, in an image is proposed. This method allows localization of interest points by analysing the inner layers of convolutional neural networks trained for the classification of images and detection of objects in an image. The proposed method allows identification of interest points without incurring additional costs of data annotation and training.Results. The conducted experiments confirmed the correctness of the proposed method in identifying interest points. Thus, the accuracy of identifying a point on a license plate achieved 97%.Conclusion. A new method for detecting interest points of an object by analysing the inner layers of convolutional neural networks is proposed. This method provides an accuracy similar to or exceeding that of other modern methods.Введение. Внедрение систем технического зрения в повседневную жизнь становится все более популярным. Использование систем на основе монокулярной камеры позволяет решить большой спектр задач. Анализ монокулярных изображений является наиболее развивающимся направлением в области машинного зрения. Это обусловлено общедоступностью цифровых камер и больших наборов аннотированных данных, а также мощностью современной вычислительной техники. Для того чтобы система компьютерного зрения описывала объекты и предсказывала их действия в физическом пространстве сцены, необходимо интерпретировать анализируемое изображение с точки зрения базовой 3D-сцены. Этого можно достичь, анализируя жесткий объект как совокупность взаимно связанных частей, что представляет мощный контекст и структуру для рассуждений о физическом взаимодействии.Цель работы. Разработка автоматического метода ключевых точек объекта интереса на изображении.Методы и материалы. Предложен автоматический метод локализации ключевых точек транспортных средств на изображении, в частности номерного знака. Представленный метод позволяет зафиксировать ключевые точки объекта интереса на основе анализа сигналов внутренних слоев сверточных нейронных сетей, обученных для классификации изображений, и выделения объектов на изображении. Также метод позволяет детектировать части объекта без больших затрат на аннотацию данных и обучение.Результаты. Эксперименты подтвердили корректность выделения ключевой точки объекта интереса на основе предложенного метода. Точность выделения ключевой точки на номерном знаке составила 97 %.Заключение. Представлен новый метод выделения ключевых точек объекта интереса на основе анализа сигналов внутренних слоев сверточных нейронных сетей. Метод обладает точностью выделения ключевых точек объекта интереса на уровне современных методов, а в отдельных случаях превосходит их