Бу рецензиядан өтпөгөн препринт изилдөө, тек бир жарык шиддети детекторсы кулланан бир пикселдүү сүрөттөө системлеринде көрүү талаасыны бүйүтүркен жихазын догал чөзүнүрлүгүнү сактоону жана бүйүк терс проблемлерин эс тутум йүкүнү азалтмайы максат кылат. Изилдөөчүлөр, бүйүк өлчөө матрицасыни ики күчүк матрицае айыран Кронежкер көбөйтүндүсү модельини, сүрөт кенарлары менен инже докулары корумайа йөнелик бөлчөк тартиптеги жалпы вариация дүзенлилештирмесийле бирлештиререк КронФОТВ-SPI адыны вердиклери окутуу геректирмейен бир ыкма иштеп чыккан. Йөнтем; 532 нм лазер, 1024×768 пикселлик дижитал микроайна айгыты, тек пикселли детектор жана Хадамард жарыктандыруу үлгүлөрү колдонулган физикалык бир оптик системде сынанмыштыр.

КронФОТВ-SPI, USAF 1951 чечилиш хедефини дижитал микроайна айгытынын бүтүн еткин аланыны кулланарак 1024×768 пиксел чечилиште йениден олуштурмуштур. Систем, геленексел 128×128 пикселлик бир пикселдүү сүрөттөөйе боюнча пиксел аланы бакымындан 48 кат даха гениш көрүү талаасы сагларкен 44,19 µм дүзейиндеки чизги чөзүнүрлүгүнү корумуштур. Бүйүк өлчөө матрицасыни ачык бичимде сакламак йерине 1024×1024 жана 768×768 бойутларында ики матрица кулланылмасыйла билдирилен эс тутум герексиними 2 ГиБ’ден йаклашык 12,5 МиБ’йе, орталама кайра түзүү сүреси исе 14,210 секундден 6,2535 секундйе дүшмүштүр.

Йөнтем айрыжа герчек бир Жаладиум бижолор йапрак мисалыде сынанмыш жана гениш алан бойунжа ана, икинжил жана инже агсы дамарларын сүрөтленебилдиги билдирилген. Ошону менен бирге тажрыйбалар гана ики хедеф, тек далга бойу, йүзде 100 мисаллеме жана контроллү лаборатувар кошулларыйла сынырлыдыр. Билдирилен сүре сүрөт единимини дегил гана эсептөө ашамасыны темсил етмекте; төмөн мисаллеме оранлары, зайыф жарык, харекетли неснелер, ар башка сачылма севийелери жана көз карандысыз лаборатуварларда текрарланабилирлик маанилендирилмемектедир.

Тек пикселли сүрөттөө насыл чалышыр?

Тек пикселли сүрөттөө (сингле-пиxел имагинг, SPI), сахненин ики бойутлу сүрөтсүнү түздөн-түз пиксел дизисине сахип бир камера сенсоруйле кайдетмез. Бунун йерине сахне арт арда ар башка узамсал үлгүлерле айдынлатылыр же сахнеден гелен жарык бу үлгүлерле модүле едилир. Хер үлгү үчүн сахнеден гелен топлам жарык шиддети, узамсал чөзүнүрлүгү булунмайан тек бир детектор тарафындан өлчүлүр. Билгисайар, билинен үлгүлерле өлчүлен топлам жарык маанилери арасындаки байланышйи чөзерек сүрөтйү йениден олуштурур.

Бу йапы өзгөчөлүкле кызылөтеси, терахертз, X-ышыны же базы парчажык сүрөттөө аланларында, жогорку чечилишлү сенсор дизилеринин пахалы йа да маалыматмсиз олдугу дурумларда йарарлы болушу мүмкүн. Бирок сүрөтдеки пиксел сайысы бүйүдүкче сакланмасы жана чөзүлмеси герекен өлчөө матрицасы чок хызлы бүйүр.

Араштырманын негизги проблеми недир?

Геленексел SPI модельинде сүрөт вектөрү менен өлчөөлер арасындаки байланыш шу шекилде ифаде едилир:

\[ \mathbf{y} = \boldsymbol{\Phi}\mathbf{x} \]

• x: Ики бойутлу сүрөтнүн тек бойутлу хâле гетирилмиш пиксел вектөрүдүр.
• й: Тек пикселли детектордан елде едилен өлчөө вектөрүдүр.
• Φ: Хер жарыктандыруу үлгүинин сүрөт пикселлерийле байланышсини ичерен өлчөө матрицасыдир.

Н×Н пикселлик бир сүрөтде x вектөрү Н² өге ичерир. Өлчүм сайысы М=τН² катары аныктамаландыгында Φ матрицаинин бойуту М×Н² олур. Там мисаллемеде М=Н² олдугундан матрицаин топлам өге сайысы Н⁴ мертебесине чыкар.

Мисалы 128×128 пикселлик бир сүрөт үчүн 16.384×16.384 өгелик чифт дуйарлыклы бир матрица йаклашык 2 ГиБ эс тутум талап кылат. Айны ыкма 1024×768 пикселлик бир сүрөтйе түздөн-түз уйгуландыгында матрица бойуту жана эсептөө йүкү сырадан билгисайарларын пратик сынырларыны ашар. Ошондуктан физикалык катары 1024×768 микроайнайа сахип бир DMD кулланылса биле бирчок SPI системи гана 128×128 же 256×256 пикселлик күчүк бир бөлүмден йарарланыр.

Мевжут гениш алан ыкмалеринин сынырлары нелердир?

Пиксел бирлештирмели SPI

Пиксел бирлештирмели SPI (пиxел-биннинг SPI, PBSPI), күчүк бир үлгүин хер пикселини DMD үзеринде бирден фазла микроайнайа генишлетерек даха бүйүк физикалык аланы айдынлатыр. Бул изилдөөда хер өлчөө пиксели 6×6 микроайна бөлгесине дөнүштүрүлмүш жана 768×768 пикселлик физикалык көрүү талаасы елде едилмиштир.

Бирок 6×6 микроайна тек өлчөө хүжреси гиби даврандыгы үчүн жихазын догал чөзүнүрлүгү кулланылмаз. Шекил 2 жана Шекил 3’те PBSPI сүрөтсүндеки чизгилерин калынлаштыгы, күчүк чизги групларынын бирлештиги жана кенарларын блоклу гөрүндүгү изленмектедир.

Паралел SPI

Паралел SPI (параллел SPI, PSPI), сүрөт аланыны күчүк алт бөлгелере айырыр жана бу бөлгелери бирден фазла тек пикселли детекторйла еш заманлы катары өлчер. Чалышмадаки PSPI дүзенинде 4×4 адет 128×128 үлгү бөлгеси жана 16 детектор кулланылмыш; топлам 464×464 пикселлик алан олуштурулмуштур.

Бу ыкма көрүү талаасыны генишлетмекле бирликте даха кармашык донаным, чоклу канал калибрасйону жана алт сүрөтлерин бирлештирилмесини талап кылат. Шекил 2 жана Шекил 3’те PSPI сүрөтсүнде алт бөлгелер арасында арка план парлаклыгы фарклары жана дикиш сынырлары гөрүлмектедир.

Дерин үйрөнүүли Кронежкер ыкмалери

Өнжеки изилдөөларда Кронежкер өлчөө моделдери дерин ачылым аглары жана Трансформер табанлы деноисе модүллерийле бирлештирилмиштир. Бу ыкмалер жогорку сүрөт калитеси саглайабилсе де бүйүк окутуу маалымат күмелери, жогорку окутуу малийети жана белирли оптик системлере уйарлама геректиребилир. КронФОТВ-SPI исе үйрөнүлгөн бир аг кулланмайан, физикалык моделье жана сүрөт өнжүлүне дайалы йорумланабилир бир оптимизасйон ыкмаы катары сунулмуштур.

Кронежкер көбөйтүндүсү бүйүк матрицаи насыл күчүлтүр?

Изилдөөчүлөр сүрөтйү тек бойутлу вектөр хâлине гетирмек йерине ики бойутлу X матрицаи катары корумуштур. Өлчүм модельи шу бичиме дөнүштүрүлмүштүр:

\[ \mathbf{Y} = \mathbf{A}\mathbf{X}\mathbf{B}^{\mathsf{T}} \]

• X ∈ Р^Н₁×Н₂: Йениден олуштурулажак ики бойутлу сүрөтдүр.
• Й ∈ Р^М₁×М₂: Ики бойутлу дүзенленмиш тек пикселли өлчөөлердир.
• А ∈ Р^М₁×Н₁: Гөрүнтүнүн бир ексениндеки өлчөө матрицасыдир.
• Б ∈ Р^М₂×Н₂: Дигер ексендеки өлчөө матрицасыдир.
• Б^Т: Б матрицаинин девригидир.

Там өлчөө матрицасы шу байланышйле аныктамаланыр:

\[ \boldsymbol{\Phi} = \mathbf{B} \otimes \mathbf{A} \]

Бурадаки ⊗ ишарети Кронежкер көбөйтүндүсүны гөстерир. Бу йапы, бүйүк Φ матрицаини түздөн-түз сакламак йерине А жана Б матрицалерини айры айры сакламайа оланак маалыматр.

Геленексел матрица үчүн эс тутум кармашыклыгы:

\[ O(M_1M_2N_1N_2) \]

Кронежкер айрыштырмасындан сонра исе:

\[ O(M_1N_1 + M_2N_2) \]

мертебесине дүшмектедир. Чалышмадаки там мисаллемели дурумда А матрицаи 1024×1024, Б матрицаи 768×768 бойутундадыр. Чифт дуйарлыклы 8 байтлык маанилер кулланылдыгында бу ики матрицаин топлам эс тутум герексиними йаклашык катары төмөнкүдөй:

\[ (1024^2 + 768^2)\times 8 = 13.107.200\ \text{bayt} \approx 12,5\ \text{MiB} \]

Бу маани макаледе билдирилен 12,5 МиБ менен уйумлудур.

Өрнеклеме катышы насыл аныктамаланмыштыр?

Кронежкер модельинде мисаллеме катышы шу шекилде маалыматлир:

\[ SR = \frac{M_1M_2}{N_1N_2} \]

М₁М₂ топлам өлчөө сайысыны, Н₁Н₂ исе сүрөтдеки топлам пиксел сайысыны ифаде едер. Денейлерин ана салыштыруулары SR=%100 кошулунда йапылмыштыр. Ошондуктан изилдөө сыкыштырылмыш, чок төмөн мисаллемели бир сүрөттөө ийгиликсындан чок, там догал чөзүнүрлүгүн эсептөө ачысындан йөнетилебилир бичимде йениден олуштурулмасына одакланмактадыр.

Неден жалпы вариация колдонулган?

Догал сүрөтлерде комшу пикселлер генелликле бирбирине бензер; бүйүк дегишимлер чогунлукла несне сынырларында жана докуларда гөрүлүр. Топлам варйасйон (тотал вариатион, TV) дүзенлилештирмеси, сүрөтнүн градйанларынын бүйүк бөлүмүнү күчүк тутарак ызы-чууйү бастырыр жана кенарлары корумайа чалышыр.

Класик TV биринжи же башка там сайы мертебели фарк оператөрлерине дайаныр. Бу ыкма дүз бөлгелерде ийгиликлы олса да йумушак тон гечишлерини басамаклара айыран “мердивенленме” артефакты олуштурабилир жана инже докулары ашыры дүзлештиребилир.

Кесирли мертебеден жалпы вариация (фражтионал-ордер тотал вариатион, FOTV), градйаны там сайы олмайан α мертебесинде аныктамалар. Кесирли түрев, гана ен йакын комшу пикселлере дегил даха гениш бир комшулук гечмишине баглы олдугундан йерел олмайан бир йапы ташыр. Чалышманын ыкмаында бунун инже чизги жана докулары коруркен ызы-чууйү азалтмасы хедефленмиштир.

КронФОТВ-SPI оптимизасйон проблеми недир?

Өнерилен кайра түзүү проблеми өнже шу бичимде аныктамаланмыштыр:

\[ \underset{\mathbf{X}}{\operatorname{arg\,min}}\;FOTV_1^{\alpha}(\mathbf{X})\quad\text{koşuluyla}\quad \mathbf{Y}=\mathbf{A}\mathbf{X}\mathbf{B}^{\mathsf{T}} \]

Айрык колдонмодаки каршылыгы төмөнкүдөй:

\[ \underset{\mathbf{X}}{\operatorname{arg\,min}}\;\|\nabla^{\alpha}\mathbf{X}\|_1\quad\text{koşuluyla}\quad \mathbf{Y}=\mathbf{A}\mathbf{X}\mathbf{B}^{\mathsf{T}} \]

• ∇^αX: Гөрүнтүнүн α мертебели кесирли градйаныдыр.
• ||·||₁: Градйан катсайыларынын мутлак маанилери топламыдыр.
• Й=AXB^Т: Йениден олуштурулан сүрөтнүн физикалык өлчөөлерле тутарлы олмасыны саглайан маалымат кошулудур.

Кесирли градйан насыл эсептелген?

Изилдөөчүлөр Грүнwалд-Летников кесирли фарк ыкмаыны кулланмыштыр. Ики бойутлу градйан йатай жана дикей компонентлерден олушур:

\[ (\nabla^{\alpha}\mathbf{X})_{i,j} = \left[(\nabla_h^{\alpha}\mathbf{X})_{i,j}, (\nabla_v^{\alpha}\mathbf{X})_{i,j}\right] \]

Йатай компонент:

\[ (\nabla_h^{\alpha}\mathbf{X})_{i,j} =\sum_{k=0}^{K}(-1)^k \binom{\alpha}{k}X_{i,j-k} \]

Дикей компонент:

\[ (\nabla_v^{\alpha}\mathbf{X})_{i,j} =\sum_{k=0}^{K}(-1)^k \binom{\alpha}{k}X_{i-k,j} \]

Генеллештирилмиш бином катсайысы шу бичимдедир:

\[ \binom{\alpha}{k} =\frac{\Gamma(\alpha+1)} {\Gamma(k+1)\Gamma(\alpha-k+1)} \]

Гамма фонксийону исе:

\[ \Gamma(\tau)=\int_{0}^{\infty}e^{-x}x^{\tau-1}\,dx \]

α там сайы олмадыгында катсайылар, ар башка узаклыклардаки комшу пикселлере ар башка агырлыклар маалыматр. К маании кесирли фаркын кач комшуйа кадар хесапланажагыны белирлер. Бирок тажрыйбаларде колдонулган К кесме узунлугу ачыкча рапорланмамыштыр.

ADMM алгоритмасы сүрөтйү насыл чөзүйор?

Дүзенсиз жана түревленмеси зор L1 теримини маалымат кошулундан айырмак үчүн З=∇^αX йардымжы дегишкени аныктамаланмыштыр. Генишлетилмиш Лагранге фонксийонунда ики кысыт бирликте еле алынмыштыр:

\[ \mathbf{Y}=\mathbf{A}\mathbf{X}\mathbf{B}^{\mathsf{T}} \]

ве

\[ \mathbf{Z}=\nabla^{\alpha}\mathbf{X} \]

Фонксийонун негизги йапысы төмөнкүдөй:

\[ \mathcal{L}_{\mu,\beta} =\|\mathbf{Z}\|_1 +\langle\mathbf{U},\mathbf{Y}-\mathbf{A}\mathbf{X}\mathbf{B}^{\mathsf{T}}\rangle +\frac{\mu}{2}\|\mathbf{Y}-\mathbf{A}\mathbf{X}\mathbf{B}^{\mathsf{T}}\|_F^2 +\langle\mathbf{V},\mathbf{Z}-\nabla^\alpha\mathbf{X}\rangle +\frac{\beta}{2}\|\mathbf{Z}-\nabla^\alpha\mathbf{X}\|_F^2 \]

• У жана В: Ики кысыта аит Лагранге чарпанларыдыр.
• μ жана β: Вери тутарлылыгы менен кесирли градйан тутарлылыгынын жеза катсайыларыдыр.
• ||·||_Ф: Фробениус нормудур; матрица елеманларынын карелери топламынын карекөкүдүр.

Алтернатинг Дирежтион Метход оф Мултиплиерс (ADMM), проблеми ики алт адыма айырыр.

Өнсел алт проблем: З гүнжеллемеси

З дегишкени йумушак ешиклеме ишлемийле гүнжелленир:

\[ \mathbf{Z}^{k+1} =\operatorname{soft} \left(\nabla^\alpha\mathbf{X}^{k} -\frac{\mathbf{V}^{k}}{\beta}, \frac{1}{\beta}\right) \]

Йумушак ешиклеме фонксийону:

\[ \operatorname{soft}(v,\sigma) =\max(|v|-\sigma,0)\operatorname{sgn}(v) \]

Бу ишлем күчүк кесирли градйанлары сыфыра йаклаштырарак ызы-чууйү бастырыркен бүйүк градйанларын, йани кенар жана белиргин докуларын корунмасына чалышыр.

Вери алт проблеми: X гүнжеллемеси

X дегишкени хем өлчөөлере хем гүнжелленмиш кесирли градйана уйажак шекилде хесапланыр. Еулер-Лагранге денклеми шу йапыйа сахиптир:

\[ \mu\mathbf{A}^{\mathsf{T}}\mathbf{A} \mathbf{X}\mathbf{B}^{\mathsf{T}}\mathbf{B} +\beta(\nabla^\alpha)^{\mathsf{T}}\nabla^\alpha\mathbf{X} =\mathbf{T}^{k} \]

Вектөрлештирме сонрасында чөзүм:

\[ \mathbf{X}^{k+1} =\operatorname{mat} \left(\mathbf{H}^{-1} \operatorname{vec}(\mathbf{T}^{k})\right) \]

оларак берилген. Бурада:

\[ \mathbf{H} =\mu(\mathbf{B}^{\mathsf{T}}\mathbf{B}) \otimes(\mathbf{A}^{\mathsf{T}}\mathbf{A}) +\beta(\nabla^\alpha)^{\mathsf{T}}\nabla^\alpha\mathbf{I} \]

ифадеси кулланылмактадыр. Алгоритма белгилөөинде Х^-1 йазылмыш олса да 786.432 дегишкенли бир проблемде бу матрицаин ачык бичимде олуштурулуп терсленмеси пратик дегилдир. Макале 12,5 МиБ эс тутум түкетими билдирдигине боюнча колдонмода өзел матрица йапысындан же өртүк ишлемлерден йарарланылмыш олмасы керек; бирок бу колдонмо айрынтысы ачыкча ачыкланмамыштыр.

Лагранге чарпанларынын гүнжелленмеси

Хер йинелемеден сонра өлчөө жана градйан кысытларына аит чарпанлар гүнжелленир:

\[ \mathbf{U}^{k+1} =\mathbf{U}^{k} +\mu(\mathbf{Y}-\mathbf{A}\mathbf{X}^{k+1}\mathbf{B}^{\mathsf{T}}) \]

\[ \mathbf{V}^{k+1} =\mathbf{V}^{k} +\beta(\mathbf{Z}^{k+1}-\nabla^\alpha\mathbf{X}^{k+1}) \]

Өлчүм артыгы жана өнсел артыгы йетеринже күчүлдүгүнде же азами йинелеме сайысына улашылдыгында алгоритма сонландырылыр. Буна каршы мааниде тажрыйбаларде колдонулган μ, β, толеранс δ, азами йинелеме К жана башлангыч сүрөтсү маанилери маалыматлмемиштир.

Оптик тажрыйба дүзенеги насыл курулмуштур?

Шекил 1’ин йер алдыгы 9. бетдаки үсттен гөрүнүш, ышыгын систем ичиндеки йолуну көрсөтөт. Дүзенек шу компонентлерден олушмуштур:

• 532 нм сүрекли далга лазер
• Ики мержек жана бир игне делигинден олушан 4ф ышын генишлетме системи
• Ышык профилини дүзгүнлештирен узамсал филтре
• Теxас Ынструментс DLP V7000 дижитал микроайна айгыты
• 1024×768 микроайна чөзүнүрлүгү
• 13,68×13,68 µм микроайна аралыгы
• Сыфырынжы кырыным мертебесини сечен ирис
• Хедефе үлгүлөрү йансытан сүрөттөө мержеги
• Гечен ышыгы топлайан мержек
• Тхорлабс PDA100A2 тек пикселли детектор
• USB3133A маалымат топлама айгыты

DMD’йе Жаке-Жуттинг сыралы Хадамард үлгүлөрү 10 кХз хызында йүкленмиштир. Гөрүнтүлеме мержегинин бүйүтмеси 1,53× катары айарланмыштыр. Илк тажрыйба неснеси, Груп 0’дан Груп 7’йе кадар чизги чифтлери ичерен негатиф USAF 1951 чечилиш хедефидир.

Каршылаштырылан дөрт ыкма насыл йапыландырылмыштыр?

USAF хедефи тажрыйбаинде жарык тыгыздыгы 2,565 мW/жм², детектор казанжы 20 дБ жана мисаллеме катышы %100 катары тутулмуштур.

Шекил 2 көрүү талаасы жана чечилиш ачысындан не көрсөтөт?

11. бетдаки Шекил 2, дөрт ыкмаин ошол эле чечилиш хедефиндеки капсама аланларыны жана чизги профиллерини салыштырууктадыр.

• TSPI: Инже чизгилери сечебилмектедир бирок гана хедефин күчүк бир бөлүмүнү сүрөтлер.
• PBSPI: Даха гениш аланы капсар факат пиксел бирлештирмеси неденийле күчүк чизгилер буланыклашыр.
• PSPI: TSPI’йе боюнча даха гениш алан сунар; алт алан сынырларында парлаклык жана дикиш ар башкалыклары гөрүлүр.
• КронФОТВ-SPI: Хедефин тамамыны 1024×768 пикселде, белиргин чизги жана кенарларла йениден олуштурур.

Чизги тыгыздык профиллерине боюнча TSPI жана PSPI, Груп 3 Елеман 4’е каршы мааниде гелен 44,19 µм чизги чөзүнүрлүгүне улашмыштыр. КронФОТВ-SPI де ошол эле 44,19 µм чөзүнүрлүгү бүтүн гениш алан бойунжа корумуштур. PBSPI’нин айырт едебилдиги ен күчүк чизги аралыгы исе Груп 2 Елеман 2’йе каршы мааниде гелен 111,36 µм катары билдирилген.

Гөрүш аланындаки артыш насыл хесапланмалыдыр?

Пиксел сайысы негизгиинде геленексел ыкмале салыштыруу төмөнкүдөй:

\[ \frac{1024\times768}{128\times128}=48 \]

Ошондуктан билдирилен 48 катлык көрүү талаасы артышы Табло 1 менен уйумлудур.

Паралел SPI’йе боюнча пиксел аланы катышы исе:

\[ \frac{1024\times768}{464\times464}\approx3,65 \]

Пиксел бирлештирмели SPI’йе боюнча:

\[ \frac{1024\times768}{768\times768}\approx1,33 \]

олмактадыр. Бу маанилер макаленин өзет жана натыйжа бөлүмүнде паралел SPI жана PBSPI үчүн маалыматлен 1,8× жана 2,2× оранларыйла уйушмамактадыр. Йатай же дикей догрусал бойутлар айры айры каршылаштырылдыгында да тек бир 1,8× жана 2,2× чифти елде едилмемектедир. Ошондуктан илгили ики оран өзгүн метинде ачыклама же дүзелтме геректирмектедир.

Беллек жана ишлем сүреси натыйжалары нелердир?

Денемелер MATLAB Р2020б, Ынтел Жоре и5-12490Ф ишлемжи, 32 GB RAM жана Wиндоwс 10 колдонулган бир билгисайарда йапылмыштыр. Дегерлер 20 текрарын орталамасы катары билдирилген.

КронФОТВ-SPI’нин эс тутум колдонулушу, 2 ГиБ’нин йаклашык %0,61’идир; башка бир ифадейле геленексел матрицаин йаклашык 164’те бири кадардыр. Ишлем сүреси TSPI’нин йаклашык %44’ү, PSPI’нин исе йаклашык %4,6’сыдыр.

Бу сүрелер гана билгисайардаки кайра түзүүйы көрсөтөт. 1024×768 пикселлик там мисаллемеде 786.432 үлгү керек. Десенлер 10 кХз хызында гөстерилийорса, бир үлгүин бир өлчөөе каршы мааниде гелдиги жана ек гежикме булунмадыгы варсайымыйла асгари үлгү белгилөө сүреси:

\[ \frac{786.432}{10.000}\approx78,64\ \text{saniye} \]

олажактыр. Демек изилдөө, топлам учтан ужа сүрөт единимини 6,25 секундде герчеклештирдигини гөстермемектедир.

Шекил 3 сүрөт калитеси ачысындан не анлатмактадыр?

13. бетдаки Шекил 3, хер ыкмаин йениден йапыландырылмыш сүрөтсүнү жана меркез бөлгесинин бүйүтүлмүш гөрүнүмүнү сунмактадыр. PBSPI бүйүтмесинде карелешме жана чизги бирлешмеси белиргиндир. PSPI’нин гениш сүрөтсүнде ар башка алт бөлгелер арасында арка план уйумсузлугу гөрүлмектедир. КронФОТВ-SPI, даха гениш аланы капсаркен чизги групларыны TSPI’йе йакын кескинликле көрсөтөт.

Реферанссыз сүрөт калитеси өлчөмдөрү не гөстермиштир?

Чалышмада хизаланмыш бир герчек реферанс сүрөтсү елде етменин зор олдугу герекчесийле BRISQUE, NIQE жана PIQE адлы үч реферанссыз сүрөт калитеси өлчөмү колдонулган. Бу үч өлчөмте даха төмөн маани даха жогорку алгысал калите катары йорумланмактадыр.

КронФОТВ-SPI ен төмөн NIQE мааниини вермиш, BRISQUE ачысындан TSPI жана PSPI менен ошол эле сонужу алмыштыр. Ошону менен бирге PIQE маании TSPI жана PSPI’ден даха жогоркутир. Демек USAF хедефинде сунушталган ыкма бүтүн калите өлчөмдөрүнде ен ийи дегилдир; гениш көрүү талаасына рагмен күчүк аланлы TSPI’йе йакын калитейи корудугу сөйленебилир.

BRISQUE жана NIQE гиби өлчөмдөрүн догал сүрөт истатистиклерине дайанмасы, икили чизгилерден олушан USAF хедефинде йорумларыны сынырлайабилир. Айрыжа бу өлчөмлер, билинен реферанса дайалы PSNR, SSIM же модүласйон трансфер фонксийону өлчөөүнүн йерини бүтүнүйле тутмаз.

Кесирли мертебе α неден 1,4 сечилди?

15. бетдаки Шекил 4’те α катсайысы 0,2 менен 2,0 арасында дегиштирилмиштир. Хер маани үчүн 20 текрар йапылмыш жана калите өлчөмдөрүнин орталама менен стандарт сапмалары гөстерилмиштир.

• α=0,6: Дүзенлилештирме зайыф калмыш; арка план ызы-чуулү, контраст төмөн жана күчүк чизгилер белирсиз гөрүнмүштүр.
• α=1,0: Гүрүлтү азалмыш бирок инже айрынтылар оптимум дүзейе улашмамыштыр.
• α=1,4: PIQE ен төмөн дүзейе улашмыш жана гөрсел катары ызы-чуу–айрынты денгеси ен ийи булунмуштур.
• α=1,8: Гөрүнтү даха фазла йумушамыш жана жогорку фреканслы айрынты кайбы гөрүлмүштүр.

BRISQUE егриси α бойунжа нередейсе сабит калмыш, NIQE исе α арттыкча дүшмейе девам етмиштир. Ошондуктан α=1,4 бүтүн өлчөмдөрүн ошол эле анда математикалык минимуму дегилдир. Сечим есас катары PIQE минимуму жана гөрсел айрынты–ызы-чуу денгесийле герекчелендирилмиштир.

Герчек йапрак мисалыде не булунду?

Икинжи тажрыйбаде сачылма гөстерен курутулмуш бир Жаладиум бижолор йапрагы колдонулган. Айдынлатма тыгыздыгы 6,86 мW/жм², детектор казанжы 20 дБ катары айарланмыштыр.

16. бетдаки Шекил 5’ин реферанс сүрөтсүнде дөрт ыкмаин капсадыгы аланлар ренкли кутуларла гөстерилмектедир:

• Мави: КронФОТВ-SPI
• Мор: PBSPI
• Йешил: PSPI
• Кырмызы: TSPI

КронФОТВ-SPI йапрагын тамамына йакын гениш бир бөлүмүнү капсаркен ана дамарлары, икинжил йан дамарлары жана меркездеки инже агсы дамар йапысыны корумуштур. PBSPI сүрөтсү блоклу жана буланык, PSPI сүрөтсү дүзенсиз арка планлы, TSPI сүрөтсү исе кескин факат чок күчүк аланлы гөрүнмектедир.

Шекилде бүйүтүлмүш меркез дамар бөлгеси үчүн гөстерилен йуварлатылмыш BRISQUE/NIQE/PIQE маанилери төмөнкүдөй:

Өнерилен ыкма BRISQUE жана PIQE бакымындан ен төмөн маанилери вермиштир. NIQE маанилери шекилде ики ондалыга йуварландыгында бүтүн ыкмалерде 18,88 гөрүнмектедир; ошондуктан бу гөрселден NIQE ачысындан кесин үстүнлүк чыкарыламаз.

Йөнтемин күчтүү жактары нелердир?

• DMD’нин 1024×768 пикселлик бүтүн еткин аланыны тек детекторйла кулланмыштыр.
• Геленексел бүйүк өлчөө матрицасыни ики күчүк матрицае айырарак эс тутум түкетимини маанилүү өлчүде азалтмыштыр.
• Дерин үйрөнүү окутууи же бүйүк окутуу маалымат сети геректирмемектедир.
• Физиксел моделье дайалы олдугу үчүн ишлем адымлары үйрөнүлгөн бир кара кутуйа боюнча даха йорумланабилирдир.
• Стандарт чечилиш хедефи үзеринде 44,19 µм чизги чөзүнүрлүгүнү гениш алан бойунжа корумуштур.
• Герчек йапрак мисалыде ар башка өлчеклердеки дамар йапыларынын сүрөтленмесини сагламыштыр.
• 16 детекторлы PSPI’йе каршы гана тек детектор кулланмыштыр.
• Ишлем сүреси жана эс тутум өлчөөлери 20 текрар үзеринден рапорланмыштыр.

Чалышманын чектөөлөрү нелердир?

• Препринт дуруму: Чалышма рецензиядан өтпөгөнтир.
• Сынырлы хедеф чешитлилиги: Йалнызжа USAF 1951 хедефи жана бир йапрак өрнеги колдонулган.
• Там мисаллеме: Ана натыйжалар %100 мисаллеме катышына дайаныр; төмөн өлчөө сайысындаки перформанс гөстерилмемиштир.
• Топлам единим сүреси: 6,25 секунд гана кайра түзүүдыр; үлгү белгилөөи жана маалымат топлама сүреси буна дâхил дегилдир.
• Харекетли неснелер: Йаклашык йүз бинлерже арджарык өлчөө сырасында несне харекетинин еткиси сынанмамыштыр.
• Дүшүк жарык перформансы: Фарклы фотон севийелери, дедектөр ызы-чуусү же синйал-ызы-чуу оранлары систематик катары маанилендирилмемиштир.
• Параметре ексиклиги: μ, β, толеранс, азами йинелеме жана кесирли фарк кесме узунлугу рапорланмамыштыр.
• Уйгулама айрынтысы: Бүйүк Х матрицаинин пратикте насыл терслендиги же өртүк бичимде чөзүлдүгү ачыкланмамыштыр.
• FOV катышы тутарсызлыгы: Паралел жана пиксел бирлештирмели ыкмалере боюнча билдирилен 1,8× жана 2,2× оранлары табло бойутларыйла уйушмамактадыр.
• Калите өлчөмдөрү: USAF хедефинде реферанссыз догал сүрөт калите өлчөмдөрү кулланылмыш, там реферанслы ката өлчөмдөрү маалыматлмемиштир.
• Истатистиксел салыштыруу: Орталама жана стандарт сапмалар сунулмасына рагмен ыкмалер арасы фарклар үчүн истатистиксел анламлылык тести йапылмамыштыр.
• Генелленебилирлик: Бийомедикал сүрөттөө, узактан алгылама жана ендүстрийел муайене колдонмолары тажрыйбасел катары гөстерилмемиш, гана оласы кулланым аланлары катары сунулмуштур.

Чалышманын дестекледиги натыйжалар

• Кронежкер айрыштырмасы, 1024×768 пикселлик там өлчөө матрицасыни ачык бичимде саклама ихтийажыны азалтмыштыр.
• Өнерилен тажрыйба дүзенинде DMD’нин бүтүн догал пиксел аланы тек детекторйла колдонулган.
• USAF хедефинде 44,19 µм чечилиш гениш көрүү талаасы бойунжа корунмуштур.
• FOTV катсайысы α=1,4, инжеленен USAF хедефинде PIQE жана гөрсел айрынты денгеси бакымындан уйгун булунмуштур.
• Йапрак мисалыде КронФОТВ-SPI, каршылаштырылан ыкмалере боюнча даха гениш жана айрынтылы дамар агы сүрөтсү өндүргөн.
• Белиртилен билгисайар жана MATLAB колдонмосында 12,5 МиБ эс тутум жана йаклашык 6,25 секунд ишлем сүреси өлчүлмүштүр.

Чалышманын канытламадыгы натыйжалар

• Систем герчек заманлы 1024×768 тек пикселли видео сүрөттөө гөстермемиштир.
• Топлам сүрөт единиминин 6,25 секундде тамамландыгы гөстерилмемиштир.
• Дүшүк мисаллеме оранларында ошол эле калите жана чөзүнүрлүгүн корунажагы канытланмамыштыр.
• Харекетли жанлы доку же клиник сүрөттөө ийгиликсы гөстерилмемиштир.
• Бийомедикал таны, хасталык саптама же гүвенли клиник кулланым каныты сунулмамыштыр.
• Фарклы лаборатуварларда, ар башка DMD айгытларында же ар башка далга бойларында текрарланабилирлик маанилендирилмемиштир.
• КронФОТВ-SPI’нин бүтүн сүрөтлер жана бүтүн ызы-чуу кошулларында дигер ыкмалерден үстүн олдугу гөстерилмемиштир.

Текноложи жана колдонмо ачысындан натыйжалар не ифаде етмектедир?

Чалышманын ен сомут каткысы, физикалык модүлатөрүн бүтүн пикселлеринден йарарланмайы енгеллейен эс тутум дарбогазыны азалтмасыдыр. Бу ыкма өзгөчөлүкле гөрүнүр жарык дышында чалышан, жогорку чечилишлү сенсор дизилеринин булунмадыгы же пахалы олдугу сүрөттөө системлеринде маанилендирилебилир.

Кронежкер модельи гележекте даха жогорку чечилишлү DMD, сывы кристал узамсал жарык модүлатөрү, дөнен кодлама диски, LED дизиси же лазер дизиси гиби ар башка модүлатөрлерле бирлештирилебилир. Макаледе теорик чечилиш үст сыныры шу бичимде ифаде едилмиштир:

\[ N_{\max}=N_{\mathrm{SLM}} \]

Бурада Н_SLM, модүласйон айгытынын топлам пиксел сайысыдыр. Чалышмадаки DMD ичин:

\[ 1024\times768=786.432\approx7,86\times10^5 \]

узамсал сербестлик дережеси булунмактадыр. Бу ешитлик модүлатөрүн бүтүн пикселлеринин айры айры кодланабилдигини белиртир; оптик кырыным сыныры, мержек калитеси, DMD пиксел сүрөттөөси, синйал-ызы-чуу катышы жана меканик карарлылык гиби герчек систем сынырламаларыны ортадан калдырмаз.

Изилдөөнүн методу жана натыйжалары

Текник ыкма өзети

Ана нижел булгулар

• КронФОТВ-SPI көрүү талаасы: 1024×768 пиксел
• DMD узамсал колдонулушу: %100
• Геленексел 128×128 SPI’йе боюнча пиксел аланы артышы: 48 кат
• КронФОТВ-SPI чөзүнүрлүгү: 44,19 µм
• PBSPI чөзүнүрлүгү: 111,36 µм
• КронФОТВ-SPI эс тутум колдонулушу: 12,5 МиБ
• Геленексел ыкмалерин эс тутум колдонулушу: 2 ГиБ
• КронФОТВ-SPI орталама кайра түзүү сүреси: 6,2535 секунд
• TSPI орталама кайра түзүү сүреси: 14,210 секунд
• PBSPI орталама кайра түзүү сүреси: 14,919 секунд
• PSPI орталама кайра түзүү сүреси: 135,54 секунд
• USAF хедефинде ен төмөн NIQE: КронФОТВ-SPI, 18,8688 ± 0,0004
• USAF хедефинде ен төмөн PIQE: TSPI, 52,1962 ± 3,1968
• Йапрак меркез бөлгесинде КронФОТВ-SPI BRISQUE/NIQE/PIQE: 35,45/18,88/17,43

Шекиллерин негизги месажлары

Йениден үретилебилирлик үчүн ексик билгилер

• ADMM жеза параметрелери μ жана β
• Дурдурма толерансы δ
• Азами йинелеме сайысы
• Башлангыч сүрөтсү
• Кесирли градйанын К кесме узунлугу
• Х матрицаинин пратик чөзүм ыкмаи
• DMD менен DAQ арасындаки там сенкронизасйон дүзени
• Өлчүм башына ентеграсйон сүреси
• Топлам маалымат единим сүреси
• Кайнак коду жана тажрыйба маалыматтаринин ачык депосу

Булак жана метод эскертүүсү

• Чалышманын там өзгүн ады: Wиде-фиелд, нативе-ресолутион сингле-пиxел имагинг виа Кронежкер продужт модельинг анд фражтионал-ордер тотал вариатион регуларизатион
• Йазарлар жана сыралары: Qи Зхоу; Xиаохуи Зху; Йанфенг Баи; Жинтао Зхаи; Жиан Ли; Xиаоqиан Лианг; Wеижун Зхоу; Wеи Тан; Xианwеи Хуанг; Xиqуан Фу
• Еш каткы: Qи Зхоу жана Xиаохуи Зху изилдөөйа ешит каткы сунмуштур.
• Сорумлу йазарлар: Xиаохуи Зху, Йанфенг Баи, Xианwеи Хуанг жана Xиqуан Фу
• Курум 1: Жоллеге оф Жомпутер Сжиенже анд Ележтрониж Енгинееринг, Хунан Университй, Жхангсха, Чин
• Курум 2: Йуелусхан Жентер фор Ындустриал Ынноватион, Жхангсха, Чин
• Курум 3: Сжхоол оф Ележтрижал анд Ынформатион Енгинееринг, Хунан Ынституте оф Енгинееринг, Xиангтан, Чин
• Кайнак түрү: Денейсел препринт изилдөө макалеси
• Хакемлик дуруму: Бул изилдөө бир препринт болуп саналат жана рецензиядан өтпөгөнтир.
• Йайын платформу: SSRN
• SSRN йайын тарихи: 18 Хазиран 2026
• DOI: 10.2139/ссрн.6963127
• SSRN кайыт нумарасы: 6963127
• Хакемли дерги: Хакемли бир дерги сүрүмү догруланамамыштыр.
• Өзгүн хакемли йайыневи: Бу препринт сүрүмү үзеринден догруланамамыштыр.
• Ресмî багланты:SSRN изилдөө бетсы
• Вери еришими: Макале, маалыматтарин талеп үзерине пайлашылажагыны белиртмектедир; ачык маалымат депосу маалыматлмемиштир.
• Чыкар чатышмасы: Йазарлар чыкар чатышмасы булунмадыгыны билдирмиштир.

Бу Верианла макалеси, йүкленен 24 бетлык PDF’нин ана метни, математикалык модельи, оптимизасйон алгоритмасы, тажрыйба кошуллары, таблолары, график жана сүрөт салыштыруулары, тартышмасы жана натыйжа бөлүмү инжеленерек хазырланмыштыр. PDF’де булунмайан бир тажрыйбасел ийгилик, клиник йарар же ендүстрийел саха догруламасы екленмемиштир. Дыш кайнак гана SSRN кайды, DOI, йүклеме тарихи жана библийографик кимлиги догруламак амажыйла колдонулган.

Чалышманын натыйжалары лаборатувар өлчегинде, контроллү оптик дүзенде жана ики дураган тажрыйба неснеси үзеринде елде едилмиштир. КронФОТВ-SPI’нин бийомедикал сүрөттөө, ендүстрийел муайене же узактан алгыламада түздөн-түз кулланыма хазыр олдугу гөстерилмемиштир. Герчек колдонмолар үчүн даха төмөн мисаллеме оранлары, харекет, дегишкен жарык севийеси, ар башка далга бойлары, сачылма, калибрасйон каталары, топлам единим сүреси жана көз карандысыз системлерде текрарланабилирлик маанилендирилмелидир.