Preview

Российский технологический журнал

Расширенный поиск
Том 9, № 3 (2021)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-3

ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. ИНФОРМАТИКА. ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ 

Приведен аналитический обзор применения биометрических систем распознавания лиц. В 2020 г. наблюдается тенденция перехода использования биометрических технологий распознавания лиц в сферу коммерческого применения. Увеличился спрос на бесконтактные биометрические решения. Данные технологии внедряются с целью проведения дополнительной биометрической проверки пользователей, которая позволяет минимизировать возможное мошенничество или нарушение внутренних правил сервиса.

7-14 56
Аннотация

В работе приведен аналитический обзор применения биометрических систем распознавания применительно к технологиям идентификации лицевых изображений. Представлена классификация биометрических систем. Рассмотрены тенденции технологического прогресса в области биометрии и возможностей распознавания лиц. Определено, что в 2020 году наблюдается тенденция перехода от использования биометрических технологий распознавания в традиционных системах государственной безопасности в сферу коммерческого и пользовательского применения. Приведен процесс «связывания» ключей шифрования и паролей с биометрическими параметрами субъекта данных. Предложено под биометрическим признаком и параметром биометрии подразумевать некоторую величину, обладающую физическим смыслом, характеризующим сам субъект. Также представлена возможность использования в биометрии круговой окрестности и билинейной интерполяции значений интенсивностей пикселей, что даст возможность выстраивания локального бинарного шаблона. Для того чтобы решить проблему идентификации лиц, целесообразно исследовать суть биометрических систем в технологиях идентификации лиц, их виды, определив недостатки каждого из них, на основании чего представить направления устранения и поиска наиболее надежных технологий. Суть применения биометрических систем в технологиях идентификации лиц состоит, например, в том, что пользователь может предоставить банку или другому контрагенту доказательства того, что именно он хочет воспользоваться услугами по своим счетам. При этом спрос увеличился именно на бесконтактные биометрические решения. Данные технологии внедряются с целью проведения дополнительной биометрической проверки пользователей, которая позволяет минимизировать возможное мошенничество или нарушение внутренних правил сервиса, например, передачу аккаунтов одних зарегистрированных пользователей другим.

РОБОТИЗИРОВАННЫЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ. ТЕХНОЛОГИИ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ 

Представлено алгоритмическое обеспечение системы внешнего наблюдения и маршрутизации автономных мобильных роботов. По видеоизображению с внешней видеокамеры, расположенной над рабочей зоной мобильных роботов, распознается местоположение как роботов, так и расположенных поблизости препятствий. Данная технология выделяет ключевые точки на видеокадре в сопоставлении их с ключевыми точками эталонных изображений роботов.

15-23 33
Аннотация

В статье представлено алгоритмическое обеспечение системы внешнего наблюдения и маршрутизации автономных мобильных роботов. В ряде случаев практическое применение мобильных роботов сопряжено с решением задач навигации. В частности, положение наземных роботов может определяться за счет применения средств видеонаблюдения, закрепляемых на неподвижном основании или же на борту сопровождающих беспилотных летательных аппаратов. В предлагаемом к рассмотрению подходе по видеоизображению, получаемому с внешней видеокамеры, расположенной над рабочей зоной мобильных роботов, распознается местоположение как роботов, так и расположенных поблизости препятствий. Строится оптимальный маршрут до целевой точки выбранного робота и отслеживаются изменения его рабочей зоны. Информация о допустимых маршрутах робота передается в сторонние приложения по каналам сетевой связи. Первичная обработка изображения с камеры включает коррекцию дисторсии, оконтуривание и бинаризацию, что позволяет отделить фрагменты изображения, содержащие роботов и препятствия от фоновых поверхностей и предметов. Распознавание роботов на видеокадре основано на применении SURF детектора. Данная технология выделяет ключевые точки на видеокадре в сопоставлении их с ключевыми точками эталонных изображений роботов. Планирование траекторий реализовано с применением алгоритма Дейкстры. Дискретность траекторий, получаемых с использованием алгоритма поиска пути на графе, может быть компенсирована на борту автономных мобильных роботов за счет применения сплайн-аппроксимации. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили работоспособность предлагаемого подхода как в задаче распознавания и локализации мобильных роботов, так и в задаче планирования безопасных траекторий.

МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА. ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ 

Обсуждаются особенности излучения сверхбыстрых точечных сгустков заряженных частиц, равномерно движущихся вблизи границ раздела с гиротропной средой. Сверхбыстрые (релятивистские) частицы могут использоваться в качестве «генераторов» квазичастиц, определяющих «динамические» свойства исследуемых материалов, а также особенностейих взаимодействия с излучениями различной природы и отклика на внешние воздействия. Исследованные механизмы взаимодействия электромагнитного излучения с хиральными материалами (структурами и средами) – один из возможных физических подходов к решению проблемы возникновения хиральной чистоты биосферы и выяснению фактора дерацемизации органической первобытной среды.

24-39 46
Аннотация

Обсуждаются особенности излучения сверхбыстрых точечных сгустков заряженных частиц, равномерно движущихся вблизи границ раздела с гиротропной средой. Показано, что некоторые типы электромагнитных излучений – переходное и/или черенковское излучение, обладают характеристиками суперхиральных полей и, следовательно, могут быть эффективно использованы для исследования хиральных структур (например, для обнаружения кругового дихроизма, частотных характеристик показателей преломления), различных материалов и, в том числе, биоматериалов. Сверхбыстрые (релятивистские) частицы могут служить «инструментом» не только для изучения структуры различных материалов, но и использоваться в качестве «генераторов» квазичастиц, определяющих «динамические» свойства исследуемых материалов, а также особенностей их взаимодействия с излучениями различной природы и отклика на внешние воздействия. В работе рассматриваются некоторые типы циркулярно-поляризованных ЭМ-волн, распространяющихся в оптически активных (магнитоактивных, естественноактивных, гиротропных и хиральных) средах. С помощью обобщенной теоремы взаимности для сред, характеризуемых эрмитовым тензором диэлектрической проницаемости, рассмотрены переходное и черенковское излучения, возбуждаемые равномерно движущимся сгустком заряженных частиц при пересечении им (или перемещении вдоль) границы раздела сред, одна из которых – оптически активная гиротропная среда. Показано, что суперхиральные электромагнитные поля переходного и черенковского излучений диполей могут служить источником хиральных коллективных возбуждений в магнитоактивных и естественноактивных средах. Исследованные механизмы взаимодействия электромагнитного излучения с хиральными материалами (структурами и средами) – один из возможных физических подходов к решению проблемы возникновения хиральной чистоты биосферы и выяснению фактора дерацемизации органической первобытной среды. Изложена новая гипотеза, предполагающая, что сверхвысокоскоростные сгустки заряженных частиц космического происхождения могут служить причиной дерацемизации предбиосферы.

Представлен обзор современных методов оценки механических свойств изолирующих материалов с низкой диэлектрической проницаемостью. Определены основные особенности измерения модуля Юнга тонких пленок изолирующих материалов с низкой диэлектрической проницаемостью с использованием методов бриллюэновского рассеяния света, спектроскопии поверхностных акустических волн, пикосекундного лазерно-акустический метода, эллипсометрической порозиметрии, наноиндентирования и метода атомно-силовой микроскопии в различных режимах. Установлено, что метод атомно-силовой микроскопии в режиме количественного наномеханического картирования превосходит другие описанные методы как по латеральному разрешению (8 нм), так и по глубине (10 нм).

40-48 64
Аннотация

Представлены обзор и исследование современных методов оценки механических свойств изолирующих материалов с низкой диэлектрической проницаемостью. Определены основные особенности измерения модуля Юнга тонких пленок изолирующих материалов с низкой диэлектрической проницаемостью с использованием методов бриллюэновского рассеяния света, спектроскопии поверхностных акустических волн, пикосекундного лазерно-акустический метода, эллипсометрической порозиметрии, наноиндентирования и метода атомно-силовой микроскопии в различных режимах. Дана оценка латеральному разрешению и разрешению по глубине для указанных методов. Установлена степень сложности подготовки образцов для измерения указанными методами, а также являются ли измерения деструктивными по отношению к образцу. Проведено сравнение результатов оценки модуля Юнга изолирующих материалов с низкой диэлектрической проницаемостью, полученные указанными методами. В результате сравнительного анализа методов оценки механических свойств изолирующих материалов установлено, что метод атомно-силовой микроскопии в режиме количественного наномеханического картирования превосходит другие описанные методы как по латеральному разрешению (8 нм), так и по глубине (10 нм). Показано, что ввиду малой силы воздействия зонда атомно-силового микроскопа на поверхность метод не оказывает деструктивного воздействия на исследуемый образец. Кроме того, отсутствие необходимости создания специальных условий для проведения эксперимента (класс чистоты помещений, возможность эксперимента при условиях окружающей среды и т.д.) делает его относительно простым с точки зрения подготовки объекта исследования. Также установлено, что метод атомно-силовой микроскопии в режиме количественного наномеханического картирования позволяет формировать карту распределения модуля Юнга изолирующего материала в составе системы металлизации интегральных микросхем.

Экспериментально и теоретически исследуются спектральные зависимости экваториального эффекта Керра. Показана целесообразность использования приближения эффективной среды для расчета магнитооптических эффектов в гранулированных системах с учетом распределения по размерам гранул в рамках логнормального распределения. Учет размерных эффектов и разброса по размерам частиц позволяет находить новые перспективные функциональные материалы, управлять их свойствами в широком спектральном диапазоне.

49-57 53
Аннотация

В работе экспериментально и теоретически исследуются спектральные зависимости экваториального эффекта Керра (ЭЭК). Получены результаты для неотожженных и отожженных образцов при соответствующем разбросе размера гранул. Выяснено, что термомагнитный отжиг приводит к росту величины ЭЭК в магнитных наноструктурах, при этом наиболее заметные изменения величины эффекта наблюдались в диапазоне средних и больших концентраций магнитной компоненты в видимой области спектра. Показана целесообразность использования приближения эффективной среды для расчета магнитооптических эффектов в гранулированных системах с учетом распределения по размерам гранул в рамках логнормального распределения. На основании данного подхода объяснены основные особенности оптических и магнитооптических свойств нанокомпозитов на примере (Co45Fe45Zr10)X(Al2O3)1–X. Все расчеты выполнены в приближении Бруггеманна, которое эффективно описывает свойства наноструктур в области средних концентраций. Размерные эффекты ярко проявляются в нанокомпозитах и оказывают существенное влияние на их оптические и магнитооптические свойства, особенно в ИК области спектра, что связано с внутризонными переходами. Учет распределения частиц по размерам позволяет существенно улучшить описание таких перспективных неоднородных наноструктур. Решенная задача очень важна и актуальна как с фундаментальной точки зрения – исследование магнитооптических, оптических и транспортных явлений в нанокомпозитах, так и с точки зрения больших возможностей для применения в современной электронике и наноэлектронике. Учет размерных эффектов и разброса по размерам частиц позволяет находить новые перспективные функциональные материалы, управлять их свойствами в широком спектральном диапазоне.

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ 

Предложено использовать встраиваемый в приложения алгоритм визуализации электрических полей в трехмерном пространстве и времени, как компонент системы математического моделирования. Рассмотрены три способа визуализации напряженности электрического поля: начиная от простого задания точек в пространстве, заканчивая применением алгоритмов, позволяющих расставить точки равноудаленно, исходя из заданного их количества в пространстве для формирования электрического поля. Предложенная в работе методика будет полезна разработчикам, как встраиваемое решение по точечной визуализации электрического поля в любой проект на любом алгоритмическом языке с возможностью анимации во времени.

58-65 30
Аннотация

Тестирование электронных устройств является неотъемлемой частью технологического процесса любого производителя такой техники. Под электронным устройством в данном случае понимается энергоемкая единица такая, как мобильный телефон, центр обработки данных или космический аппарат. Одним из ключевых этапов тестирования является выявление влияния электрических полей на различные электронные компоненты устройства. Данный этап зачастую требует изготовления макета некоторой части незаконченного устройства с целью фиксации помех специальным оборудованием. Это требует временных, финансовых и человеко-ресурсных расходов. С целью уменьшения данных издержек в настоящее время становится популярным использование средств математического моделирования для задач проверки помехоустойчивости и электромагнитной совместимости. В работе предложено использовать легко встраиваемый в приложения алгоритм визуализации электрических полей в трехмерном пространстве и времени, как компонент системы математического моделирования. В работе рассмотрены три способа визуализации напряженности электрического поля: начиная от простого задания точек в пространстве, на основе которых будет строиться электрическое поле вокруг источника излучения электрического поля, заканчивая применением алгоритмов, позволяющих расставить точки равноудаленно, исходя из заданного их количества в пространстве для формирования электрического поля. Проанализирована производительность и визуальная составляющая этих способов. Предложенная в работе методика будет полезна сообществу разработчиков, как встраиваемое решение по точечной визуализации электрического поля в любой проект на любом алгоритмическом языке с возможностью анимации во времени.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 

Проведен анализ набора статистических данных Sloan Digital Sky Survey DR14 о различных астрономических объектах. Представлены результаты предварительной обработки данных и работы различных видов классификаторов в задаче определения типа астрономического объекта (звезда, квазар или галактика). Рассмотрены алгоритмы дерева принятий решений, логистическая регрессия, наивный «байесовский» классификатор и ансамбли классификаторов. Показано, что классификация подобных наборов данных может быть проведена без привлечения сложных систем машинного обучения. Точность построенных в работе классификаторов достигает 90%.

66-77 42
Аннотация

В работе проведен анализ набора данных Sloan Digital Sky Survey DR14, в котором в несколько этапов измерений собраны статистические данные о различных астрономических объектах. На поверхности Земли расположено много телескопов, собирающих данные об объектах в небе. На околоземной орбите и в космосе (обычно в точках Лагранжа систем Земля – Луна, Солнце – Земля) расположены или запланированы к размещению телескопы, следящие за небом в разных диапазонах. Значительный объем данных приводит к необходимости статистической обработки этого потока информации, а также к построению автоматических классификаторов по типу объекта. В работе представлены результаты предварительной обработки данных и работы различных видов классификаторов в задаче определения типа астрономического объекта из набора данных Sloan Digital Sky Survey DR14 (звезда, квазар или галактика) на основе нескольких распространенных метрик. Рассмотрены алгоритмы дерева принятий решений, логистическая регрессия, наивный «байесовский» классификатор и ансамбли классификаторов. Показано, что классификация подобных наборов данных может быть проведена без привлечения сложных систем машинного обучения (таких, как нейронные сети). Сделаны выводы об особенностях применения алгоритмов машинного обучения к этой задаче. В некоторых случаях работа классификаторов может быть интерпретирована с точки зрения физики. Точность построенных в работе классификаторов (согласно метрикам, учитывающим несбалансированность классов) достигает 90% и может считаться удовлетворительной и для того, чтобы считать задачу решенной, и для того, чтобы использовать структуру классификаторов для объяснения результатов классификации с точки зрения физики.

Цель – найти закон движения космического аппарата дистанционного зондирования Земли, который позволит при его применении в контуре управления компенсировать неподходящие для фотоприемника скорости движения изображения. Результат – выведено уравнение космической фотограмметрии в кинематическом виде, а также функциональные зависимости угловых скоростей от времени, составлена математическая модель сканирования изображений ландшафтов Земли.

78-87 32
Аннотация

Рассматривается космический аппарат дистанционного зондирования Земли (КА ДЗЗ) со съемочной оптико-электронной аппаратурой высокого или сверхвысокого разрешений. В процессе съемки регистрируемое изображение постоянно перемещается по матрице фотоприемника с непостоянной и/или избыточной скоростью, неподходящей для данного фотоприемника. Цель статьи состоит в синтезе способа управления ориентацией и стабилизацией КА ДЗЗ, который позволит обеспечить строго заданную скорость движения изображения на фотоприемнике. Предлагается отыскать такой закон движения (функциональные зависимости угловых скоростей КА ДЗЗ от времени), который позволит при его применении в контуре управления компенсировать неподходящие для данного фотоприемника скорости движения изображения. Используемый метод состоит в дифференцировании по времени фундаментального уравнения космической фотограмметрии в направляющих косинусах, а также в дифференцировании матрицы направляющих косинусов, обеспечивающей переход между направляющими косинусами в пространстве изображений и пространстве предметов. Полученный в статье результат – выведенное уравнение космической фотограмметрии в кинематическом виде, а также функциональные зависимости угловых скоростей от времени. В представленной статье составлена математическая модель сканирования изображений ландшафтов Земли с помощью КА ДЗЗ. Полученные функциональные зависимости могут быть применимы при разработке бортовых алгоритмов управления ориентацией и стабилизацией КА ДЗЗ. При реализации в бортовой вычислительной машине управления ориентацией и стабилизацией по полученным функциональным зависимостям может быть обеспечена строго заданная скорость движения изображения в фокальной плоскости бортовой съемочной аппаратуры, а, следовательно, повышено качество сканированного изображения путем улучшения функции передачи модуляции кинематического «смаза» изображения.

Цель – оценить показатель распределения Парето по заданной выборке. В исследовании доказано, что произведение элементов выборки, а также любая функция от этого произведения, в частности, среднее геометрическое, является достаточной статистикой для показателя распределения Парето. Обосновано, что среднее геометрическое выборки является более удобной достаточной статистикой с практической точки зрения, чем произведение элементов выборки.

88-97 29
Аннотация

Актуальной является задача оценки параметров распределения Парето, в первую очередь, показателя этого распределения, по заданной выборке. В настоящей статье устанавливается, что для этой оценки достаточно знать значение произведения элементов выборки. Доказано, что это произведение является достаточной статистикой для показателя распределения Парето. На основании метода максимального правдоподобия вычислена оценка показателя степени распределения. Доказано, что эта оценка – смещенная, и обоснована формула, устраняющая смещение. Для произведения элементов выборки, рассматриваемого как случайная величина, найдены функция распределения, плотность вероятности, вычислены математическое ожидание, старшие моменты и дифференциальная энтропия. Построены соответствующие графики. Кроме того, отмечается, что достаточной статистикой является любая функция от этого произведения, в частности, среднее геометрическое. Для среднего геометрического, также рассматриваемого как случайная величина, найдены функция распределения, плотность вероятностей, также вычислены математическое ожидание, старшие моменты и дифференциальная энтропия и построены соответствующие графики. Кроме того, обосновано то, что среднее геометрическое выборки является более удобной достаточной статистикой с практической точки зрения, чем произведение элементов выборки. Также, на основании теоремы Рао – Блекуэлла – Колмогорова построены эффективные оценки параметра распределения Парето. В заключение в качестве примера развитая здесь техника применена к показательному распределению. Для него показано, что в качестве достаточной статистики для оценки неизвестного параметра этого распределения могут быть использованы как сумма, так и среднее арифметическое выборки.

МИРОВОЗЗРЕНЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ И ОБЩЕСТВА 

Статья анализирует репродуктивный метод в системе обучения русскому языку как иностранному и его инновационные аспекты: репродуктивно-когнитивный репродуктивно-креативный методы. Репродуктивный метод направлен на воспроизведение иностранными студентами способов деятельности по представленным преподавателем алгоритмам, на обогащение знаниями, навыками и умениями. Благодаря разработанной системе заданий, где четко прослеживается алгоритмизация учебного процесса, преподаватель организует деятельность студентов по неоднократному воспроизведению сообщенных им знаний и способов деятельности.

98-107 24
Аннотация

Репродуктивный метод в системе обучения русскому языку как иностранному направлен на воспроизведение иностранными студентами способов деятельности по представленным преподавателем алгоритмам, на обогащение знаниями, навыками и умениями, а также на формирование основных мыслительных операций: абстрагирование, анализ, синтез, обобщение и других. При усвоении «языка профессии» происходит формирование основных мыслительных операций: абстрагирования, анализа, синтеза, обобщения и других. Репродуктивный метод, имея основу алгоритмизации, интегрировавшись с когнитивной теорией обучения, вышел на новый уровень – репродуктивно-когнитивный метод. Системный анализ в сочетании с алгоритмизацией становятся основой репродуктивно-креативного метода. Обозначенные в статье методы обогащают знания, навыки и умения студентов, которые чаще всего осуществляются на этапах коррекции, диагностики и закрепления знаний, но не гарантируют развития творческих способностей, не позволяют планомерно и целенаправленно их формировать. В частности, концепцией репродуктивно-креативного метода является принцип коммуникативной направленности, который лег в основу компетентностного обучения. В компетентностном обучении деятельностная составляющая, в отличие от других возможных подходов, рассматривается с позиции компетентности, т.е. способности студента эффективно и самостоятельно, но с помощью преподавателя использовать изучаемый язык на основе приобретенного опыта в виде знаний, навыков, умений. Знания, полученные в результате применения объяснительно-иллюстративного метода, слабо формируют навыки и умения, поэтому благодаря разработанной системе заданий, где четко прослеживается алгоритмизация учебного процесса, преподаватель организует деятельность студентов по неоднократному воспроизведению сообщенных им знаний и показанных способов деятельности.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-316X (Online)