Journal of the Russian Universities. Radioelectronics / Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Not a member yet
541 research outputs found
Sort by
Способ пространственной обработки для радара системы контроля железнодорожного переезда
Get PDFIntroduction. Railway crossing is a source of increased danger for vehicles and pedestrians. To increase the safety of traffic at railway crossings, radar systems based on antenna arrays (AA) can be used. The important requirements for radar at a railway crossing are a wide field of view (up to 90 degrees) and, at the same time, a high accuracy in determining coordinates. Therefore, an analysis of methods for constructing AAs and spatial processing for an automatic traffic control system at a railway crossing seems to be a relevant research task. Aim. Design of a method for constructing the topology of an AA and spatial processing of a radar system for monitoring traffic at a railway crossing, providing a wide field of view with a high accuracy in determining the coordinates of targets. Materials and methods. The considered method was developed based on the theory of space-time signal processing. The design of the analyzed AA topologies was carried out by the finite element method (FEM) and the finite differ-ence time domain method (FDTD) based on segments of a microstrip transmission line. Results. A method for constructing a filled transceiver antenna array and a beamforming algorithm, which provide high angular resolution and unambiguous measurement of the target's angular coordinates in a wide field of view with relatively low computational complexity, was developed. Mathematical and electrodynamic modeling of the designed AA topologies was performed. Adjusted values of the radiation patterns (RP) of the transmitting and receiving AA were obtained, which showed good agreement with the calculated values. The main design solutions regarding the construction of AA radar for a railway crossing control system are presented to provide a wide field of view when determining the coordinates of targets. Conclusion. It was shown that the width of the resulting RP can be reduced by several times compared to the width of the receiving RP when using two transmitting antennas located at the edges of the aperture. This approach is similar to that used in the MIMO technology, although requiring no coherence of transmission channels and use of a system of orthogonal signals. The findings determine the prospects of using the developed method. Введение. Железнодорожный (ж/д) переезд является источником повышенной опасности как для автомобилей, так и для пешеходов. Для повышения безопасности движения в зоне ж/д переезда могут быть использованы радарные системы. В качестве антенн данных систем зачастую выступают антенные решетки (АР). Основными требованиями, предъявляемыми к радару на ж/д переезде, являются широкий сектор обзора (до 90°) и в то же время высокая точность определения координат целей. Является актуальным анализ способа построения АР и пространственной обработки для автоматической системы контроля движения на ж/д переезде, позволяющий обеспечить выполнение указанных требований. Цель работы. Разработка способа построения топологии АР и пространственной обработки радара для контроля движения на ж/д переезде, с помощью которого достигается широкий сектор обзора при высокой точности определения координат целей. Материалы и методы. Для рассматриваемого способа построения АР использованы методы теории пространственно-временной обработки сигналов. Разработка анализируемых топологий АР выполнялась методом конечных элементов и методом конечных разностей на базе отрезков микрополосковой линии передачи. Результаты. Разработаны способ построения заполненной приемо-передающей АР и алгоритм формирования лучей, обеспечивающие высокое угловое разрешение и однозначное измерение угловых координат цели в широком секторе обзора при относительно низкой вычислительной сложности. Выполнено математическое и электродинамическое моделирование спроектированных топологий АР. Получены уточненные оценки диаграмм направленности (ДН) передающей и приемной АР, которые с высокой степенью точности совпадают с расчетными. Представлены основные конструктивные решения, касающиеся построения АР радара системы безопасности переезда, для обеспечения широкого сектора обзора при определении координат целей. Заключение. Показано, что ширина результирующей ДН АР может быть уменьшена в несколько раз по сравнению с шириной ДН приемной решетки при использовании двух передающих антенн, расположенных по краям апертуры. Такой подход во многом аналогичен использованию технологии MIMO, но не требует обеспечения когерентности каналов передачи и применения системы ортогональных сигналов, что также определяет перспективность использования разработки
Проходная одноразрядная фазированная антенная решетка с пространственным возбуждением для систем беспроводной связи 6 ГГц
Get PDFIntroduction. Due to the increasing number of users, growing rates of data transmission, and rapid advancement of the Internet of Things, the parameter of channel capacity is acquiring greater importance in modern communication systems. In wireless communication systems, capacity limitation occurs due to a low signal-to-noise ratio, one reason for which consists in high losses associated with the propagation of electromagnetic waves. These losses can be compensated using high-gain antenna systems, such as metasurfaces, transmitarrays, or reflectarrays.Aim. Development and research of a one-bit transmit phased antenna array with spatial excitation for use in wireless communication networks across sub-6 GHz frequencies. The issues of reducing the insertion losses associated with the cell geometry and control components are discussed. Account is taken of the parasitic parameters of p–i–ndiodes used as control elements for phase adjustment in a unit cell. Methods for suppressing cross-polarization in a unit cell with the purpose of reducing insertion losses are studied.Materials and methods. The characteristics of unit cells in a transmit antenna array were studied by numerical electrodynamic modeling in the CST Microwave Studio computer-aided design system. The obtained results were confirmed by an experimental study of samples.Results. A unique design of a unit cell comprising the main element of a transmitarray was proposed. On its basis, a transmitarray was designed and manufactured, whose measurements proved the level of insertion losses to be lower than 1.5 dB in the operating frequency band of 210 MHz (3.6 %). The level of cross-polarization was found to be lower than 24 dB, and the gain attenuation did not exceed 2.5 dB in the range of beam deflection from 45° to -45°.Conclusion. The design simplicity, low losses, and acceptable cross-polarization levels of the developed one-bit transmit phased antenna array with spatial excitation confirm its feasibility for modern communication systems.Введение. В настоящее время пропускная способность канала является одним из важнейших параметров современных систем связи ввиду увеличения числа пользователей, высоких скоростей передачи данных и быстрого развития интернета вещей. В беспроводных системах связи ограничение пропускной способности возникает из-за низкого отношения сигнал/шум, и одной из причин этого являются высокие потери при распространении электромагнитных волн. Их можно компенсировать с помощью антенных систем с высоким коэффициентом усиления, таких, как метаповерхности, проходные или отражающие решетки.Цель работы. Разработка и исследование проходной одноразрядной фазированной антенной решетки (ФАР) с пространственным возбуждением для использования в системах беспроводной связи для частот, близких к 6 ГГц. Обсуждается вопрос уменьшения вносимых потерь, связанных с геометрией ячейки и управляющих компонентов. Особое внимание уделяется учету паразитных параметров p–i–n-диодов, используемых в качестве управляющих элементов для установки фазы в составе единичной ячейки. Также исследуются способы подавления кроссполяризации в единичной ячейке с целью уменьшения вносимых потерь.Материалы и методы. Основным методом исследования характеристик единичных ячеек проходной антенной решетки является численное электродинамическое моделирование в системе автоматизированного проектирования CST Microwave Studio. Полученные результаты подтверждены экспериментальным исследованием изготовленных образцов.Результаты. Предложена уникальная конструкция единичной ячейки, являющейся основным элементом проходной ФАР. В результате была спроектирована и изготовлена ФАР, результаты измерений которой показывают уровень вносимых потерь в рабочей полосе частот 210 МГц (3.6 %) не более 1.5 дБ. Уровень кроссполяризации составляет не более 24 дБ в диапазоне отклонения луча от 45 до -45°, ослабление коэффициента усиления не превышает 2.5 дБ.Заключение. Простота конструкции, низкие потери и уровень кроссполяризации показывают, что разработанная проходная одноразрядная ФАР с пространственным возбуждением может быть успешно использована в современных системах связи
Электрически управляемые структуры на основе твердых растворов BaZrxTi1–x O3 и BaSnxTi1–xO3 для СВЧ-применений
Get PDFIntroduction. An experimental study of the structural and electrophysical properties of multicomponent films of solid solutions of barium titanate-zirconate and barium titanate-stannate on sapphire substrates has been carried out. These materials are an alternative to the more studied barium-strontium titanate for use in microwave technology, due to the relatively high controllability. In this paper, it is shown that when using post-post high-temperature annealing, films with a component composition close to the composition of the sprayed targets are formed on the substrate. Optimal deposition temperatures of thin films of barium titanate-zirconate and barium titanate-stannate have been determined to obtain the best electrophysical parameters.Aim. Investigation of structural and microwave properties of BaZrxTi1-xO3 (BZT) and BaSnxTi1–xO3 (BSnT) films on dielectric substrates. These ferroelectric materials are promising in terms of losses and nonlinearity, and the formation of planar structures based on these materials on a dielectric substrate allows for a significantly higher level of operating power of the microwave device.Materials and methods. The crystal structure and phase composition of the obtained films were studied by X-ray diffraction using a DRON-6 diffractometer on the emission spectral line CuKa1 (λ = 1.5406 Å). Capacitance C and Q-factor (Q = 1/tg δ) of capacitors were measured at frequencies of 1 and 3 GHz using a resonator and an HP 8719C vector analyzer.Results. It is established that high-temperature annealing after film deposition has a significant effect on the crystal structure, phase composition of films and their electrical characteristics. For the first time, a low level of dielectric losses of planar capacitive elements based on titanate-stannate and barium titanate-zirconate films in the frequency range of 1…60 GHz with acceptable controllability has been demonstrated.Conclusion. The results obtained indicate the prospects of using thin ferroelectric films of BaSn0.5Ti0.5O3 and BaZr0.5Ti0.5O3 solid solutions in microwave devices.Введение. Проведено экспериментальное исследование структурных и электрофизических свойств многокомпонентных пленок твердых растворов титаната-цирконата бария и титаната-станната бария на подложках сапфира. Данные материалы являются альтернативой более исследованному титанату бария-стронция для использования в СВЧ-технике ввиду сравнительно высокой управляемости. В данной статье показано, что при использовании постростового высокотемпературного отжига на подложке формируются пленки с компонентным составом, близким к составу распыляемых мишеней. Определены оптимальные температуры осаждения тонких пленок титаната-цирконата бария и титаната-станната бария для получения наилучших электрофизических параметров.Цель работы. Исследование структурных и СВЧ-свойств BaZrxTi1-xO3 (BZT)- и BaSnxTi1–xO3 (BSnT)-пленок на диэлектрических подложках. Данные сегнетоэлектрические материалы перспективны с точки зрения потерь и нелинейности, а формирование планарных структур на основе этих материалов на диэлектрической подложке позволяет обеспечить существенно больший уровень рабочей мощности СВЧ-устройства.Материалы и методы. Кристаллическая структура и фазовый состав полученных пленок исследовались методом рентгеновской дифракции с помощью дифрактометра ДРОН-6 на эмиссионной спектральной линии CuKα1 (λ = 1.5406 Å). Измерения емкости C и добротности Q = 1/tg δ конденсаторов проводились на частотах 1 и 3 ГГц с помощью резонатора и векторного анализатора HP 8719C.Результаты. Установлено, что высокотемпературный отжиг после осаждения пленки существенно влияет на кристаллическую структуру, фазовый состав пленок и их электрические характеристики. Впервые продемонстрирован низкий уровень диэлектрических потерь планарных емкостных элементов на основе пленок титаната-станната и титаната-цирконата бария в частотном диапазоне 1…60 ГГц при приемлемой управляемости.Заключение. Результаты свидетельствуют о перспективности использования тонких сегнетоэлектрических пленок твердых растворов BaSn0.5Ti0.5O3 и BaZr0.5Ti0.5O3 в устройствах СВЧ-диапазона
Увеличение разрешающей способности по азимуту путем экстраполяции функции раскрыва антенной решетки оцениванием линейного предсказания по методу наименьших квадратов с использованием коэффициентов авторегрессионной модели
Get PDFIntroduction. Short-wave stations for detecting airborne objects of the ionospheric type have a number of limited technical characteristics, one of which is their low azimuth resolution. This limitation is manifested in the impossibility to separately observe air objects in a group, the distance between which is less than 30 km (at an observation range of 2000 km). The technical characteristics under consideration can be improved by making changes to the dimensions of the receiving antenna array (AA); however, such changes lead, as a rule, to unjustified engineering and financial costs. In practice, space-time signal processing is carried out using conventional superresolution methods, which, although increasing the resolution of the station, decrease the rate of delivery of observation results to the operator due to an additional computational load. It is necessary to find a compromise between the maximum possible resolution indicator and the acceptable load on the system during signal processing.Aim. Analysis of the phase distribution of the incident wave scattered by objects at the AA aperture, as well as the azimuthal images of these objects when performing spacetime signal processing after extrapolating the AA aperture function by evaluating linear prediction using the least-squares method using autoregressive model coefficients.Materials and methods. Modelling of phase distributions at the AA aperture and azimuthal images of the observed objects was conducted in the MATLAB environment.Results. It is shown that the problem of increasing the azimuth resolution of a short-wave station for detecting air objects can be successfully solved using linear prediction based on the least-squares method using autoregressive model coefficients for the extrapolation of the AA aperture function. The results obtained during modelling were analysed using the example of group observation of air objects.Conclusion. The proposed approach for extrapolation of the AA aperture function for short-wave stations with large receiving AAs proved its relevance. The method proposed for increasing the resolution is characterized by a lower computational load, thereby being promising for practical application.Введение. Коротковолновые станции обнаружения воздушных объектов ионосферного типа имеют ряд ограниченных технических характеристик, одной из которых является низкая разрешающая способность по азимуту. Она выражается в отсутствии возможности раздельного наблюдения воздушных объектов в группе, расстояние между которыми менее 30 км (на дальности наблюдения 2000 км). Повысить рассматриваемую техническую характеристику возможно внесением изменений в размеры приемной антенной решетки (АР), но такие изменения приводят, как правило, к неоправданным инженерным и финансовым затратам. На практике при пространственно-временной обработке сигнала применяются известные методы сверхразрешения, использование которых, увеличивая разрешающую способность станции, приводит к снижению темпа выдачи результатов наблюдения оператору из-за возникшей вычислительной нагрузки. Необходим поиск компромисса между максимальным достижением показателя разрешающей способности и приемлемой нагрузкой на систему при обработке сигнала.Цель работы. Анализ фазового распределения на раскрыве АР падающей волны, рассеянной объектами, а также азимутальных портретов этих объектов при выполнении пространственно-временной обработки сигналов после увеличения количества отсчетов комплексной апертурной характеристики функции раскрыва АР.Материалы и методы. При построении фазовых распределений на раскрыве АР и азимутальных портретов наблюдаемых объектов использовалось компьютерное моделирование в среде MATLAB, которую применяют для широкого спектра инженерных и научных задач разной сложности.Результаты. Показана возможность использования линейного предсказания для экстраполяции функции раскрыва АР в задаче увеличения разрешающей способности по азимуту коротковолновой станции обнаружения воздушных объектов. Выполнено моделирование. Проведен анализ полученных результатов на примере группового наблюдения воздушных объектов.Заключение. Полученные результаты доказали актуальность применения предложенной пространственно-временной обработки для коротковолновых станций, имеющих приемные АР больших размеров. Предложенный метод увеличения разрешающей способность имеет меньшую вычислительную нагрузку, что также является большим преимуществом
Метод диагностики диабетической ретинопатии на основе анализа изображений глазного дна
Get PDFIntroduction. Diabetic retinopathy is a complication of diabetes mellitus caused by high blood sugar levels damaging the retina. Diabetic retinopathy leads to changes in ocular blood vessels and the appearance of solid exudates and microaneurysms. When diagnosed and treated in the late stages, this disease can cause blindness. The most common diagnostic method for diabetic retinopathy is based on ocular fundus imaging. However, the background interference and low contrast of such images significantly hinders the timely detection of vascular lesions. Therefore, the development of a method for detecting signs of diabetic retinopathy, particularly in its early stages, presents a relevant research task.Aim. Development of a method for diagnosing diabetic retinopathy based on an analysis of ocular fundus images using the decision-tree approach.Materials and methods. Methods based on image segmentation with identifying characteristic features and their binary classification were used. A verified database was used to access the accuracy of the proposed method for detecting diabetic retinopathy.Results. A method for detecting signs of diabetic retinopathy was developed, which includes the segmentation of vessels, exudates and microaneurysms based on digital processing of ocular vascular images using binary classification. The developed method showed a high level of diagnostic accuracy. Thus, the sensitivity, specificity and accuracy of diabetic retinopathy detection comprised 87.14, 88.50 and 87.81 %, respectively.Conclusion. The developed method allows diabetic retinopathy to be diagnosed with sufficiently high accuracy. The method can also be used for supporting decision making when managing patients with diabetic retinopathy.Введение. Диабетическая ретинопатия – это повреждение сетчатки глаза при сахарном диабете вследствие высокого уровня сахара в крови. Это заболевание может привести к слепоте, если болезнь диагностируется и лечится на поздних стадиях развития патологии. Оно вызывает изменения кровеносных сосудов и появление некоторых повреждений, таких, как твердые экссудаты и микроаневризмы. Для диагностики диабетической ретинопатии часто используется метод оценки сосудистых структур на основе изображений глазного дна. Однако даже врачи-офтальмологи не могут обнаружить эти повреждения из-за фоновых помех и их низкого контраста, вследствие чего разработка метода для обнаружения признаков диабетической ретинопатии, в особенности на ранних стадиях, является актуальной.Цель работы. Разработка метода диагностики диабетической ретинопатии с использованием дерева решений на основе изображений глазного дна. Материалы и методы. Применены методы на основе сегментации изображений с выделением характерных признаков и бинарной классификации. Используется верифицированная база данных для оценки точности метода выявления диабетической ретинопатии.Результаты. Разработан алгоритм, включающий методы сегментации сосудов, экссудатов и микроаневризм для выявления диабетической ретинопатии на основе цифровой обработки изображений структуры стенок кровеносных сосудов с использованием бинарной классификации. Получены результаты с применением разработанных методов с высокой точностью обнаружения диабетической ретинопатии с использованием верифицированной базы изображений глазного дна. Чувствительность, специфичность и точность обнаружения диабетической ретинопатии составили соответственно 87.14, 88.50 и 87.81 %.Заключение. Разработанный метод позволяет обнаруживать диабетическую ретинопатию у пациентов на ранних стадиях заболевания с достаточно высокой точностью. Метод также может быть применен в системе поддержки врача для принятия решений при диабетической ретинопатии
Моделирование формы эхосигнала радиовысотомера
Get PDFIntroduction. Radio altimeters are used for remote monitoring of the Earth and sea surface based on the signal power profile, i.e. the dependence of echo signal power vs time, averaged over a set of sounding measurements. Calculation of the power profile in the presence of sea waves requires information about the probability distribution density (PDD) of sea surface applicates. The existing applicate PDD models (linear, Gram-Charlier, combined model) are characterized by certain drawbacks leading to errors in assessing sea surface parameters based on the signal power profile. In this work, the echo signal of a radio altimeter is simulated using the nonlinear Creamer model for calculating sea surface applicates.Aim. To test the validity of the non-linear Creamer model for obtaining the PDD of sea surface applicates in the problem of simulating the power profile of a radio altimeter echo signal while providing an unambiguous relationship between the statistical parameters of PDD and wind speed.Materials and methods. A two-dimensional sea surface of finite dimensions with an Elfohaily spatial spectrum was simulated in the MATLAB environment based on both linear and non-linear Creamer models.Results. Under small wind speed values of up to 3 m/s, the PDD of sea surface applicates formed by the non-linear Creamer model obey the Gauss law. For the non-linear model, an increase in the duration of an radio altimeter echo signal along with an increase in the wind speed was shown to be 5.47 % slower on average compared to that for the linear model. The time shift of the leading edge of an echo signal for the nonlinear model relative to the linear model due to the PDD transformation may reach 70 ns, which is equivalent to 10.5 m. The conducted study confirmed the validity of the non-linear Creamer model for obtaining the PDD of sea surface applicates when simulating the power profile of a radio altimeter echo signal.Conclusion. The non-linear Creamer model can be recommended for simulating an echo signal power profile for use as input data when estimating the parameters of a radio altimeter echo signal at the stage of post-processing. Введение. При получении профиля земной поверхности методом дистанционного зондирования используется радиолокационный радиовысотомер (РВМ). При этом информационным параметром является зависимость мощности эхосигнала от времени, усредненная по совокупности серии зондирований. В частности, по характеристикам профиля мощности оцениваются параметры морской поверхности. Для расчета профиля мощности при наличии морского волнения требуются сведения о плотности распределения вероятности (ПРВ) аппликат морской поверхности. Существующие модели ПРВ аппликат (линейная модель, модель на основе усеченных рядов Грама–Шарлье, комбинированная модель) имеют известные недостатки, что приводит к ошибкам при оценке параметров морской поверхности по профилю мощности эхосигнала. В результате актуальной является задача поиска моделей ПРВ, обеспечивающих лучшие результаты определения профиля мощности. Одной из таких моделей, ранее не применявшихся в рассматриваемой задаче, является нелинейная модель Кримера.Цель работы. Апробировать нелинейную модель Кримера для получения оценки ПРВ аппликат морской поверхности в задаче моделирования профиля мощности эхосигнала РВМ с учетом однозначной связи между статистическими параметрами ПРВ и скоростью ветра.Материалы и методы. Для оценки ПРВ аппликат морской поверхности выполнено математическое моделирование в среде MatLab двумерной морской поверхности конечных размеров с пространственным спектром Эльфохейли для линейной модели и нелинейной модели Кримера. Получена зависимость профиля мощности эхосигнала РВМ от времени с учетом скорости ветра над морской поверхностью и параметров РВМ.Результаты. Апробация нелинейной модели Кримера для получения оценки ПРВ аппликат морской поверхности при моделировании профиля мощности эхосигнала РВМ дала положительный результат. Установлено, что при небольших значениях скорости ветра (до 3 м/c) ПРВ аппликат морской поверхности, полученная по нелинейной модели Кримера, подчиняется гауссовскому закону. При бо́ льших скоростях ветра идентифицировать закон распределения не удалось, в связи с чем предложено использовать в качестве оценки ПРВ при расчетах выборочные гистограммы. Результаты расчета показали, что для нелинейной модели увеличение длительности эхосигнала РВМ с возрастанием скорости ветра происходит медленнее, в среднем на 5.47 %, чем для линейной модели. Временной сдвиг переднего фронта эхосигнала для нелинейной модели относительно линейной из-за трансформации ПРВ может достигать 70 нс, что эквивалентно 10.5 м.Заключение. Использование нелинейной модели Кримера в задаче моделирования профиля мощности эхосигнала РВМ при наличии морского волнения обеспечивает однозначную связь между статистическими параметрами ПРВ аппликат морской поверхности и скоростью ветра. Модель рекомендуется к использованию при формировании теоретического профиля мощности эхосигнала, используемого в качестве исходных данных при оценке информационных параметров эхосигнала РВМ на этапе дообработки
Автоматический метод сегментации флуоресцентных изображений, полученных в ближнем инфракрасном диапазоне
Get PDFIntroduction. Near-infrared fluorescence imaging technology is widely used in laparoscopic surgery. Intraoperative fluorescence navigation is based on accurate segmentation of fluorescent regions in near-infrared images (NIR images), thus increasing the accuracy and safety of surgical intervention. Moreover, it is an important auxiliary technology for laparoscopic surgery. Therefore, the search for an automatic method that allows for accurate segmentation of fluorescent regions in NIR images can contribute to an improved efficiency of intraoperative navigation.Aim. Development of a method for automatic segmentation of fluorescent images obtained in the near infrared range. Materials and methods. The proposed method consists of two stages. At the first stage, a preliminary segmentation of the image is performed based on the adaptive threshold found by Otsu’s method. At the second stage, the segmented area is refined using Otsu’s weighted method. The main advantage of the proposed method consists in the automatic determination of parameter α, which determines the performance of Otsu’s weighted method. Experiments were carried out using 276 actual laparoscopic images. The metric misclassification error (ME) was used to assess the quality of segmentation.Results. The average ME of the proposed method was found to be 10.4 %, compared to that obtained by the conventional Otsu’s method of 27.1 %.Conclusion. In comparison with Otsu’s method, the developed method shows an increased efficiency and accuracy of fluorescent image segmentation. This allows for a higher diagnostic accuracy and a more efficient navigation during laparoscopic surgery.Введение. В настоящее время технология флуоресцентной визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне широко применяется при проведении лапароскопических операций. Основой технологии является сегментация области флуоресценции на изображениях, полученных в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК-изображениях). Для повышения качества и эффективности навигации необходимо разработать автоматический метод, позволяющий сегментировать флуоресцентные области на БИК-изображениях с максимальной точностью.Цель работы. Повышение точности автоматической сегментации флуоресцентных изображений, полученных в ближнем инфракрасном диапазоне.Материалы и методы. Предложенный метод состоит из двух этапов. На первом этапе выполняется предварительная сегментация изображения на основе адаптивного порога, найденного по методу Оцу. На втором этапе сегментированная область уточняется с помощью взвешенного метода Оцу. Главной особенностью метода является автоматическое определение параметра α, являющегося ключевым для эффективной работы взвешенного метода Оцу. Экспериментальное исследование метода было выполнено на реальных лапароскопических изображениях, общее число изображений в исследовании – 276. Значение ошибки сегментации (метрика ME – misclassification error) было использовано для оценки качества работы предложенного метода.Результаты. Среднее значение ошибки сегментации (метрика ME) предложенного метода составляет 10.4 %, а традиционного метода Оцу – 27.1%.Заключение. По сравнению с традиционным методом Оцу использование разработанного метода позволяет повысить точность сегментации флуоресцентных изображений. Это обеспечивает высокую чувствительность и специфичность при проведении диагностики и позволяет реализовать более эффективную навигацию в процессе лапароскопической операции
Скоростные погрешности инерциального метода выявления коротких неровностей рельсов
Get PDFIntroduction. Efficient operation of a system for measuring rail surface short-wavelength irregularities depends on evaluation of the signal length with respect to travelled distances, i.e., the standard maximum defect length and the distance between the wheels of a car bogie. When recording an accelerometer signal with respect to time due to the effect of velocity, the signal length corresponding to these spatially constant distances will vary.Aim. Development of an algorithm for determining rail running surface defects using the data obtained by accelerometers mounted on the axle boxes of a car bogie under their not equidistant spatial record.Materials and methods. The data obtained when passing a laboratory car equipped with a system for measuring short-wavelength irregularities was used. The search and determination of irregularity parameters was carried out by an inertial method. The methods of normalization and correlation analysis were used.Results. An algorithm for determining rail running surface defects based on an inertial method was developed, considering the spatial non-equidistance of the signal. The implemented correlation analysis allows compensation of high-velocity errors when determining the defects. In the considered example, the relative error equaled 0.4 %. Compensation of velocity errors reduces the probability of type I errors in defect determination.Conclusion. The developed algorithm considers velocity errors associated with the application of inertial methods for detecting short-wavelength irregularities. The implementation of correlation analysis reduces the probability of type I errors when determining rail running surface defects.Введение. Для работы системы измерения и расчета коротких и импульсных неровностей на поверхности катания рельсовых нитей необходимо определять длину сигнала, соответствующую прохождению расстояний (нормативная максимальная длина дефекта и расстояние между колесными парами тележки вагона). При записи сигнала от времени из-за влияния скорости длина сигнала, соответствующая этим неизменным в пространственном отношении расстояниям, будет разниться.Цель работы. Разработка алгоритма поиска дефектов поверхности катания рельса по показаниям акселерометров, установленных на буксовых узлах тележки вагона, при их неэквидистантной пространственной записи.Материалы и методы. Рассматриваются данные, полученные в результате проезда вагона-лаборатории с установленной на нем системой измерения и расчета коротких и импульсных неровностей на поверхности катания рельсовых нитей. Поиск и определение параметров неровности поверхности катания рельса осуществляются инерциальным методом. Для разработки алгоритма использовались методы нормировки, корреляционный анализ.Результаты. Разработан алгоритм поиска дефектов поверхности катания рельсовых нитей инерциальным методом с учетом пространственной неэквидистантности сигнала. Внедренный в алгоритм корреляционный анализ позволил скомпенсировать скоростную погрешность определения дефекта. В рассмотренном в статье примере относительная погрешность равна 0.4 %. Компенсация скоростной погрешности в разы снижает вероятность возникновения ошибки первого рода в определении дефекта.Заключение. Разработанный алгоритм позволяет учесть скоростные погрешности при инерциальном методе выявления коротких неровностей. Использование корреляционного анализа снижает вероятность ошибки первого рода при поиске дефектов поверхности катания рельса
Влияние разрешающей способности радиолокационных изображений военной техники на точность их классификации глубокой сверточной нейронной сетью
Get PDFIntroduction. Deep convolutional neural networks are considered as one of the most promising tools for classifying small-sized objects on radar images. However, no systemic study has been reported so far on the dependence between the classification accuracy achieved by convolutional neural networks and such an important image characteristic as resolution.Aim. Determination of a dependence between of the accuracy of classifying military objects by a deep convolutional neural network and the resolution of their radar images.Materials and methods. An eight-layer convolutional neural network was designed, trained and tested using the Keras library and Tensorflow 2.0 framework. For training and testing, the open part of the standard MSTAR dataset comprising ten classes of military objects radar images was used. The initial weight values of the MobileNetV1 and Xception networks used for a comparative assessment of the achieved classification accuracy were obtained from the training results on the Imagenet.Results. The accuracy of classifying military objects decreases rapidly along with a deterioration in resolution, amounting to 97.91, 90.22, 79.13, 52.2 and 23.68 % at a resolution of 0.3, 0.6, 0.9, 1.5 and 3 m, respectively. It is shown that the use of pretrained MobileNetV1 and Xception networks does not lead to an improvement in the classification accuracy compared to a simple VGG-type network.Conclusion. Effective recognition of military objects at a resolution worse than one meter is practically impossible. The classification accuracy of deep neural networks depends significantly on the difference in the image resolution of the training and test sets. A significant increase in the resistance of the classification accuracy to changes in the resolution can be achieved by training on a set of images with different resolutions.Введение. Сегодня в качестве одного из наиболее перспективных инструментов для решения задачи классификации малоразмерных объектов на радиолокационных изображениях рассматриваются глубокие сверточные нейронные сети. Несмотря на это, в известных работах отсутствуют результаты системного исследования зависимости точности классификации, достигаемой сверточными нейросетями, от такой важной характеристики изображения, как его разрешающая способность.Цель работы. Определение зависимости точности классификации объектов военной техники глубокой сверточной нейронной сетью от разрешающей способности их радиолокационных изображений.Материалы и методы. Проектирование восьмислойной сверточной нейронной сети, ее обучение и тестирование осуществлено с использованием библиотеки глубокого обучения Keras и фреймворка Tensorflow 2.0. Для обучения и тестирования использована открытая часть стандартного набора радиолокационных изображений объектов военной техники десяти классов Moving and Stationary Target Acquisition and Recognition. Исходные значения весовых коэффициентов сетей MobileNetV1 и Xception, использованных для сравнительной оценки достигаемой точности классификации, получены по результатам обучения на наборе Imagenet.Результаты. Точность классификации объектов военной техники быстро снижается с ухудшением разрешающей способности, и составляет 97.91, 90.22, 79.13, 52.2 и 23.68 % при разрешении 0.3, 0.6, 0.9, 1.5 и 3 м соответственно. Показано, что использование предобученных сетей с архитектурами MobileNetV1 и Xception не приводит к улучшению точности классификации по сравнению с простой сетью VGG-типа.Заключение. Эффективное распознавание объектов военной техники при разрешении, хуже, чем 1 м, практически невозможно. Точность классификации, демонстрируемая глубокой нейронной сетью, существенно зависит от различия разрешающей способности изображений обучающего и тестового наборов. Значительному повышению устойчивости точности классификации к изменению разрешения способствует обучение на наборе изображений с различным разрешением