Главная – Журналы – Автометрия 2021 номер 1

Предложен алгоритм совместной оценки частоты и скорости её изменения по выборке нарастающего объёма сигнала c линейной частотной модуляцией. Предложенный алгоритм допускает рекуррентное вычисление оценок, учитывающих наличие временной корреляции ошибок исходных разностно-фазовых измерений. Метод решения отличается вычислительной эффективностью, а результирующая оценка при возрастании входного отношения сигнал/шум стремится к оптимальной по минимуму дисперсии.

Проведено сравнение детекторов особых точек: BRISK, AKAZE и ORB. В серии экспериментов на наборе из 10000 изображений оценены характеристики эффективности алгоритмов поиска особых точек: доля правильно найденных положений особых точек, доля правильно установленных соответствий, количество соответствий при сопоставлении двух произвольно взятых изображений. Рассчитана зависимость среднего количества ложных соответствий от величины допустимой близости дескрипторов. Построены графики распределения числа правильных и ложных соответствий.

Свёрточные нейронные сети позволяют получать самые высокие значения точности детектирования объектов на изображениях. Но детекторы часто подвержены ложным срабатываниям. В ряде прикладных задач интерес представляет только детектирование движущихся объектов: лица человека, подходящего к домофону, или машины в дорожном трафике. В данной работе предлагается новый подход к детектированию - AmphibianDetector, позволяющий снизить число ложных срабатываний за счёт обработки только движущихся объектов. Такой подход заключается в модификации уже обученной на детекцию свёрточной нейронной сети и может быть применён для повышения точности имеющейся системы путём небольших изменений в ней. Эффективность предлагаемого подхода была продемонстрирована на открытом наборе данных CDNet2014 pedestrian.

В рамках исследования рассмотрена задача обнаружения в нестационарных технологических сигналах аномалий как ранних признаков отказов и поломок оборудования. Представлен подход к обнаружению аномалий с использованием преобразования Гильберта - Хуанга совместно со статистической моделью. Основная идея подхода заключается в анализе статистических показателей элементов разложения Гильберта - Хуанга, которое обладает адаптивностью разложения в случае нестационарных данных и обеспечивает высокую детализацию в частотно-временной области. Представлены принципиальная схема и алгоритм подхода, описание статистической модели классификации, численные расчёты на модельных и реальных данных, сравнительный анализ с другими методами обнаружения аномалий в сигналах.

Представлены результаты индикации вируса осповакцины с помощью нанопроволочных биосенсоров, изготовленных на основе плёнок кремний-на-изоляторе. В экспериментах использовались: вирус осповакцины, штамм ЛИВП из коллекции ФБУН ГНЦ вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора, сыворотка крови кролика, содержащая специфические поликлональные антитела к вирусу осповакцины. Исследования показали, что на разделе фаз «поверхность сенсора - вирусная суспензия» поливалентная сыворотка крови электрически нейтральна, вирус осповакцины положительно заряжен, комплексы поливалентной сыворотки крови и вируса осповакцины имеют эффективный отрицательный заряд.

Анализ нуклеиновых кислот остаётся актуальным направлением в развитии медицинской диагностики. Современные ультрачувствительные диагностические системы позволяют преобразовать специфичное взаимодействие при проведении анализа в аппаратно-регистрируемый сигнал. Пример таких диагностических устройств - биосенсоры на основе КНИ (кремний-на-изоляторе) полевых транзисторов. В данной работы использовались стеклянные поверхности (в качестве Si/SiO₂-поверхности КНИ-биосенсора) для оптимизации и апробации всех этапов анализа. Продемонстрирована эффективная иммобилизация электронейтральных аналогов олигонуклеотидов на Si/SiO₂-поверхность после активации Si-OH групп 3-глицидоксипропилтриметоксисиланом или карбонилдиимидазолом. В условиях низкой концентрации соли и при её отсутствии показана возможность детекции РНК-мишени на модельных стеклянных поверхностях в режиме параллельного анализа. Продемонстрированы регенерация Si/SiO₂-поверхности сенсоров для проведения повторного анализа, а также стабильность сенсоров при длительном хранении.

Приведён аналитический обзор оптико-акустических приёмников (ОАП), основанных на ячейках Голея, применительно к использованию в инфракрасном (ИК) и терагерцовом (ТГц) диапазонах излучения. Представлена история появления и развития ОАП с первых работ Белла, Хейса, Голея и до настоящего времени. Отмечены преимущества ОАП, заключающиеся в постоянной и высокой чувствительности в широкой области спектра и наивысшей среди тепловых приёмников обнаружительной способности. Рассмотрены основные характеристики мембран - главных элементов ОАП, проанализированы физические свойства графена как наиболее предпочтительного материала для мембран. Предложены три конструктивные группы ОАП: одиночные ячейки с оптическим считыванием информации и конденсаторным микрофоном, селективные приёмники с газовым наполнением камер и матричные приёмники. Даны оценки, показывающие, что применение мембран из SLG-графенов позволяет создать приёмники ИК- и ТГЦ-излучения с ячейками порядка десятков микрон с предельно высокой чувствительностью. Предложена новая конструктивная схема матричных терагерцовых оптико-акустических приёмников с применением мембран из гексатриграфена (С)₆₃₍₆₎, обладающих рекордными характеристиками.

Получено аналитическое решение задачи прогиба тонкой круглой пластины (подложки) деформируемого зеркала со свободным краем при срабатывании одного из сосредоточенно воздействующих на пластину приводов, опирающихся другими концами на бесконечно жёсткое основание. Решение основывается на применении интегральных преобразований и учёте кинематической связи между пластиной и приводами, деформация которых подчиняется закону Гука. Приведено сравнение найденного аналитического решения с решением по методу конечных элементов в программном комплексе ANSYS. Полученный результат может быть использован для оптимизации расположения приводов и управления круглыми деформируемыми зеркалами в задачах адаптивной оптики.

Проанализирован способ измерения перемещений на основе логометрического метода с применением разветвлённого волоконно-оптического коллектора. Разработана аналитическая модель оптико-электронного зонда малых аксиальных перемещений, и определены значимые факторы, влияющие на характер градуировочной характеристики. Проведён светоэнергетический анализ оптической схемы измерительного оптико-электронного зонда, дана оценка оптическим потерям на длине оптического тракта.

Предложен способ формирования и передачи 3D голографических изображений, основанный на формировании 2D голографического сигнала при вычитании из него несущей пространственной частоты и сжатии тем самым голографической информации с целью быстрой передачи по стандартному радиоканалу в реальном времени. Информация о 3D-структуре голографируемого объекта регистрируется с использованием когерентного и некогерентного излучения, в котором методами структурированного света получается аналог голограммы объекта, пригодный для передачи на расстояние в виде 2D-кадра, эквивалентного голограмме с устранённой избыточностью. Такая передача 3D голографической информации похожа на известную в радиотехнике передачу на одной боковой полосе с вычетом её несущей частоты и возможностью последующего введения любой несущей на удалении от объекта голографирования и применима для задач голографического TV и 3D дополненной реальности. Приведены примеры реализации указанной технологии при создании голографических образов реального 3D-портрета человека и передаче его по каналу Wi-Fi. Показаны 3D-изображения, синтезированные в ИК-диапазоне. Указанная технология легко адаптируется к задачам комплексирования изображений различных участков спектра электромагнитного излучения. Предложены возможные применения способа в 3D-приборостроении.

Исследован метод лазерной импульсной локации применительно к задаче обнаружения световозвращающих объектов, в том числе оптических и оптико-электронных приборов наблюдения. С использованием созданного мобильного специализированного аппаратно-программного стенда экспериментально определены показатели световозвращения типичных приборов видеосъёмки в реальных условиях. Продемонстрирована эффективность применения периодической подсветки, накопления кадров и формирования разностных изображений для обнаружения объектов в условиях интенсивного солнечного освещения.

Исследован результат воздействия скрайбирования лазерным излучением в водной среде на кремниевые сверхбольшие интегральные схемы, применяемые в гибридных фотоприёмниках инфракрасного излучения. Установлены ширина повреждения материала вокруг скрайбовой канавки, которая составила около 47 мкм, а также возникновение гидроудара при вскипании воды во время скрайбирования, оказывающего давление на материал не менее 1,5 x 10^-6 кг/мкм².

Предложен метод сфокусированной доставки ультразвуковой энергии в заданную точку внутри биологического объекта с помощью кольцевой антенной решётки. Представлена функциональная схема многоэлементной кольцевой решётки с чередующимися излучающими и принимающими элементами. В каналах излучающих элементов имеются управляемые фазовращатели, а все принимающие элементы подсоединены к сумматору. Средствами моделирования работы кольцевой решётки показана возможность фокусировки ультразвуковой энергии с учётом распространения волны в двух средах. Оценивается результат фокусировки с учётом границы раздела двух сред. Предполагается, что две среды различаются скоростью распространения ультразвуковой волны. Наличие двух сред на пути распространения ультразвуковой волны приводит к расфокусировке и смещению положения фокуса.