<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Archiving and Interchange DTD with OASIS Tables with MathML3 v1.4 20241031//EN" "https://jats.nlm.nih.gov/archiving/1.4/JATS-archive-oasis-article1-4-mathml3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" dtd-version="1.4" article-type="research-article" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Математическая физика и компьютерное моделирование</journal-title></journal-title-group><issn publication-format="print">2587-6325</issn><issn publication-format="electronic">2587-6902</issn></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.15688/mpcm.jvolsu.2024.4.3</article-id><article-categories><subj-group><subject>Other</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="ru">МЕТОД ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ ОБНАРУЖЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА ИЗОБРАЖЕНИЯХ</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>METHOD OF INTEGRAL TRANSFORMATIONS IN SOLVING THE PROBLEM OF DETECTING SMALL VEHICLES IN IMAGES</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="ru"><surname>Клячин</surname><given-names>Алексей Александрович</given-names></name><name xml:lang="en"><surname>Klyachin</surname><given-names>Aleksey</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff1"/><email>Aleksey.klyachin@volsu.ru</email><contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0003-3293-9066</contrib-id></contrib><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="ru"><surname>Клячин</surname><given-names>Владимир Александрович</given-names></name><name xml:lang="en"><surname>Klyachin</surname><given-names>Vladimir</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff1"/><email>klchnv@mail.ru</email><contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0003-1922-7849</contrib-id></contrib><aff-alternatives id="aff1"><aff xml:lang="en"><institution>Volgograd State University (Volgograd, Russian Federation)</institution></aff><aff xml:lang="ru"><institution>Волгоградский государственный университет (Волгоград, Российская Федерация)</institution></aff></aff-alternatives></contrib-group><pub-date pub-type="epub" iso-8601-date="2024-12-27"><day>27</day><month>12</month><year>2024</year></pub-date><volume>27</volume><issue>4</issue><fpage>23</fpage><lpage>38</lpage><history><date date-type="received" iso-8601-date="2024-10-07"><day>07</day><month>10</month><year>2024</year></date><date date-type="accepted" iso-8601-date="2024-11-25"><day>25</day><month>11</month><year>2024</year></date></history><permissions><license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:title="CC BY 4.0"><ali:license_ref>https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ali:license_ref><license-p xml:lang="ru">CC BY 4.0</license-p></license></permissions><abstract xml:lang="ru"><p>В статье предложен способ формирования набора признаков на изображениях, основанный на трех интегральных преобразованиях — преобразование Радона, функции Стеклова и преобразование Фурье. С помощью дискретного аналога этих преобразований вычисляются значения, которые образуют набор признаков. В зависимости от параметров преобразований количество признаков можно изменять. Нами выбраны значения этих параметров таковыми, что количество признаков равно 903. Показано использование данного подхода при решении задачи обнаружения малогабаритных, а значит слабо заметных, транспортных средств на видеоснимках. Помимо этого, нами разработан улучшенный вариант метода наименьших квадратов, основанный на обработке полученных признаков с помощью некоторых преобразований меток обучающего набора изображений. Основная суть этого метода состоит в том, чтобы выполнить аффинное преобразование значения метки в некоторую малую окрестность ее первоначального значения. Априорные оценки показывают уменьшение погрешности аппроксимации с использованием метода наименьших квадратов. В работе также показано сравнение разработанного подхода со сверточными нейронными сетями. Данное сравнение позволяет сказать, что он им не сильно уступает по такому показателю, как процент правильных предсказаний. При этом, по времени выполнения предсказания представленный в статье метод работает в 3–4 раза быстрее в зависимости от используемой модели. В практической части работы были использованы программные средства библиотек OpenCV, Keras и Scikit-learn.</p></abstract><abstract xml:lang="en" abstract-type="summary"><p>The article proposes a method for forming a set of features on images based on three integral transformations: the Radon transform, the Steklov function and the Fourier transform. Using a discrete analog of these transformations, the values that form a set of features are calculated. Depending on the transformation parameters, the number of features can be changed. We selected the values of these parameters such that the number of features is 903. The use of this approach in solving the problem of detecting small-sized, and therefore poorly visible, vehicles in video images is shown. In addition, we have developed an improved version of the least squares method based on processing the obtained features using some transformations of the labels of the training set of images. The main essence of this method is to perform an affine transformation of the label value into a small neighborhood of its original value. A priori estimates show a decrease in the approximation error using the least squares method. The paper also shows a comparison of the developed approach with convolutional neural networks. This comparison allows us to say that it is not much inferior to them in such an indicator as the percentage of correct predictions. At the same time, in terms of prediction execution time, the method presented in the article works 3-4 times faster depending on the model used. In the practical part of the work, software tools from the OpenCV, Keras and Scikit-learn libraries were used.</p></abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>классификация изображений</kwd><kwd>интегральные преобразования</kwd><kwd>метод наименьших квадратов</kwd><kwd>сверточная нейронная сеть</kwd><kwd>пространство признаков</kwd><kwd>модель классификации</kwd><kwd>компьютерное зрение</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>image classification</kwd><kwd>integral transforms</kwd><kwd>least squares method</kwd><kwd>convolutional neural network</kwd><kwd>feature space</kwd><kwd>classification model</kwd><kwd>computer vision</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><ref id="ref1"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Азаров, И. С. Сверточные нейронные сети для распознавания изображений / И. С. Азаров, А. С. Прокопеня // BIG DATA и анализ высокого уровня : сб. материалов VI Междунар. науч.-практ. конф., Минск, 20–21 мая 2020 года. — Минск : Беспринт, 2020. — C. 271–280.</mixed-citation></ref><ref id="ref2"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Борзов, С. М. Классификация типов растительного покрова по гиперспектральным данным дистанционного зондирования земли / С. М. Борзов, О. И. Потатуркин // Вестн. Новосиб. гос. ун-та. Серия: Информационные технологии. — 2014. — № 12 (4). — C. 13–22.</mixed-citation></ref><ref id="ref3"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Васкан, В. Д. Обзор архитектур сверточных нейронных сетей для задачи классификации изображений / В. Д. Васкан // Электронный научный журнал .ИТ-Стандарт.. — 2021. — № 3. — C. 34–39.</mixed-citation></ref><ref id="ref4"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Голубков, А. М. Бинарная классификация изображений на примере задачи распознавания лиц / А. М. Голубков // Известия СПбГЭТУ .ЛЭТИ.. — 2018. — № 7. — C. 26–30.</mixed-citation></ref><ref id="ref5"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. — М. : Техносфера, 2005. — 1072 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref6"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Гончарова, Е. Ф. Методы отбора признаков для задач классификации изображений земной поверхности / Е. Ф. Гончарова, А. В. Гайдель // Сборник трудов III международной конференции и молодежной школы .Информационные технологии и нанотехнологии.. — Самара : Новая техника, 2017. — C. 535–540.</mixed-citation></ref><ref id="ref7"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Дорогов, А. Ю. Быстрая классификация JPEG-изображений / А. Ю. Дорогов, Р. Г. Курбанов, В. В. Разин // Интернет-математика 2005. Автоматическая обработка веб-данных. — 2005. — C. 147–172.</mixed-citation></ref><ref id="ref8"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Исследование эффективности классификации гиперспектральных спутниковых изображений природных и антропогенных территорий / С. М. Борзов, А. О. Потатуркин, О. И. Потатуркин, А. М. Федотов // Автометрия. — 2016. — № 52 (1). — C. 3–14.</mixed-citation></ref><ref id="ref9"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Воронина, В. В. Теория и практика машинного обучения : учеб. пособие / В. В. Воронина. — Ульяновск : Изд-во УлГТУ, 2017. — 290 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref10"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Дряба, А. Ю. Построение 3D-модели объекта по набору его изображений при помощи нейронной сети на базе алгоритма / А. Ю. Дряба // Математическая физика и компьютерное моделирование. — 2023. — Т. 26, № 4. — C. 31–42. — DOI: https://doi.org/10.15688/mpcm.jvolsu.2023.4.1</mixed-citation></ref><ref id="ref11"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Жук, В. В. Аппроксимация функций и численное интегрирование / В. В. Жук, В. Ф. Кузютин. — СПб : Изд-во СПбГУ, 1995. — 352 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref12"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Китаев, Д. Н. Сравнение сверточной нейронной сети и метода главных компонент в задаче классификации текстурных изображений / Д. Н. Китаев // LXVIII Молодежная научная конференция, посвященная 20-летию со дня начала эксплуатации МКС : тез. докл. — Самара : Изд-во Самар. ун-та, 2018. — C. 88–89.</mixed-citation></ref><ref id="ref13"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Купенова, Э. М. Метод случайных лесов в задачах классификации спутниковых снимков / Э. М. Купенова, А. В. Кашницкий // Вестник ТвГУ. Серия .География и Геоэкология.. — 2018. — № 3. — C. 99–107.</mixed-citation></ref><ref id="ref14"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Ле, М. Х. Сверточная нейронная сеть для решения задачи классификации / М. Х. Ле // Труды МФТИ. — 2016. — № 8 (3). — C. 91–97.</mixed-citation></ref><ref id="ref15"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Морозова, И. В. Классификация размытых изображений и оценка параметров системы регистрации методами морфологического анализа / И. В. Морозова, А. И. Чуличков // Интеллектуальные системы. Теория и приложения. — 2005. — № 9 (1–4). — C. 321–344.</mixed-citation></ref><ref id="ref16"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Нежевенко, Е. С. Нейросетевая классификация гиперспектральных изображений на основе преобразования Гильберта — Хуанга / Е. С. Нежевенко, А. С. Феоктистов, О. Ю. Дашевский // Автометрия. — 2017. — № 53 (2). — C. 79–84.</mixed-citation></ref><ref id="ref17"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Осокин, В. В. О классификации изображений и музыкальных файлов / В. В. Осокин, Т. Д. Аипов, З. А. Ниязова // Интеллектуальные системы. Теория и приложения. — 2015. — № 19 (1). — C. 49–70.</mixed-citation></ref><ref id="ref18"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Пестунов, И. А. Классификация гиперспектральных изображений высокого пространственного разрешения / И. А. Пестунов, С. А. Рылов, П. В. Мельников // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. — 2018. — № 11 (1). — C. 69–76.</mixed-citation></ref><ref id="ref19"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Сикорский, О. С. Обзор сверточных нейронных сетей для задачи классификации изображений / О. С. Сикорский, А. С. Прокопеня // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. — 2017. — № 20. — C. 37–42.</mixed-citation></ref><ref id="ref20"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Солдатова, О. П. Применение сверточной нейронной сети для распознавания рукописных цифр / О. П. Солдатова, А. А. Гаршин // Компьютерная оптика. — 2010. — № 34 (2). — C. 252–260.</mixed-citation></ref><ref id="ref21"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Туркова, М. А. Корреляционные признаки для классификации текстурных изображений / М. А. Туркова, А. В. Гайдель // Сборник трудов IV международной конференции и молодежной школы .Информационные технологии и нанотехнологии.. — Самара : Новая техника, 2018. — C. 595–599.</mixed-citation></ref><ref id="ref22"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Deans, S. R. The Radon Transform and Some of Its Applications / S. R. Deans, S. Roderick. — New York : John Wiley &amp; Sons, 1983. — 289 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref23"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Azarov I.S., Prokopenya A.S. Svertochnye neyronnye seti dlya raspoznavaniya izobrazheniy [Convolutional Neural Networks for Image Recognition]. BIG DATA i analiz vysokogo urovnya: sb. materialov VI Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., Minsk, 20–21 maya 2020 goda. Minsk, Besprint Publ., 2020, pp. 271-280.</mixed-citation></ref><ref id="ref24"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Borzov S.M., Potaturkin O.I. Klassifikatsiya tipov rastitelnogo pokrova po giperspektralnym dannym distantsionnogo zondirovaniya zemli [Classification of Vegetation Cover Types Using Hyperspectral Remote Sensing Data]. Vestn. Novosib. gos. un-ta. Seriya: Informatsionnye tekhnologii, 2014, no. 12 (4), pp. 13-22.</mixed-citation></ref><ref id="ref25"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Vaskan V.D. Obzor arkhitektur svertochnykh neyronnykh setey dlya zadachi klassifikatsii izobrazheniy [A Review of Convolutional Neural Network Architectures for Image Classification Tasks]. Elektronnyy nauchnyy zhurnal «IT-Standart», 2021, no. 3, pp. 34-39.</mixed-citation></ref><ref id="ref26"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Golubkov A.M. Binarnaya klassifikatsiya izobrazheniy na primere zadachi raspoznavaniya lits [Binary Classification of Images Using the Example of Face Recognition Task]. Izvestiya SPbGETU «LETI», 2018, no. 7, pp. 26-30.</mixed-citation></ref><ref id="ref27"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Gonsales R., Vuds R. Tsifrovaya obrabotka izobrazheniy [Digital Image Processing]. Moscow, Tekhnosfera Publ., 2005. 1072 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref28"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Goncharova E.F., Gaydel A.V. Metody otbora priznakov dlya zadach klassifikatsii izobrazheniy zemnoy poverkhnosti [Feature Selection Methods for Earth Surface Image Classification Problems]. Sbornik trudov III mezhdunarodnoy konferentsii i molodezhnoy shkoly «Informatsionnye tekhnologii i nanotekhnologii». Samara, Novaya tekhnika Publ., 2017, pp. 535-540.</mixed-citation></ref><ref id="ref29"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Dorogov A.Yu., Kurbanov R.G., Razin V.V. Bystraya klassifikatsiya JPEG-izobrazheniy [Fast JPEG Image Classification]. Internet-matematika 2005. Avtomaticheskaya obrabotka vebdannykh [Internet Mathematics 2005. Automatic Processing of Web Data], 2005, pp. 147-172.</mixed-citation></ref><ref id="ref30"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Borzov S.M., Potaturkin A.O., Potaturkin O.I., Fedotov A.M. Issledovanie effektivnosti klassifikatsii giperspektralnykh sputnikovykh izobrazheniy prirodnykh i antropogennykh territoriy [Study of the Classification Efficiency of Hyperspectral Satellite Images of Natural and Anthropogenic Territories]. Avtometriya [Autometry], 2016, no. 52 (1), pp. 3-14.</mixed-citation></ref><ref id="ref31"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Voronina V.V. Teoriya i praktika mashinnogo obucheniya: ucheb. posobie [Machine Learning Theory and Practice: A Tutorial]. Ulyanovsk, Izd-vo UlGTU Publ., 2017. 290 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref32"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Dryaba A.Yu. Postroenie 3D-modeli obyekta po naboru ego izobrazheniy pri pomoshchi neyronnoy seti na baze algoritma [Construction of a 3D-Model of an Object Based on a Set of Its Images Using a Neural Network Based on the Algorithm]. Matematicheskaya fizika i kompyuternoe modelirovanie [Mathematical Physics and Computer Simulation], 2023, vol. 26, no. 4, pp. 31-42. DOI: https://doi.org/10.15688/mpcm.jvolsu.2023.4.1</mixed-citation></ref><ref id="ref33"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Zhuk V.V., Kuzyutin V.F. Approksimatsiya funktsiy i chislennoe integrirovanie [Approximation of Functions and Numerical Integration]. Saint Petersburg, Izd-vo SPbSU, 1995. 352 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref34"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Kitaev D.N. Sravnenie svertochnoy neyronnoy seti i metoda glavnykh komponent v zadache klassifikatsii teksturnykh izobrazheniy [Comparison of Convolutional Neural Network and Principal Component Analysis in Texture Image Classification Problem]. LXVIII Molodezhnaya nauchnaya konferentsiya, posvyashchennaya 20-letiyu so dnya nachala ekspluatatsii MKS: tez. dokl. Samara, Izd-vo Samar. un-ta Publ., 2018, pp. 88-89.</mixed-citation></ref><ref id="ref35"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Kupenova E.M., Kashnitskiy A.V. Metod sluchaynykh lesov v zadachakh klassifikatsii sputnikovykh snimkov [Random Forest Method in Satellite Image Classification Problems]. Vestnik TvGU. Seriya «Geografiya i Geoekologiya» [Vestnik TvSU. Series “Geography and Geoecology”], 2018, no. 3, pp. 99-107.</mixed-citation></ref><ref id="ref36"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Le M.Kh. Svyortochnaya neyronnaya set dlya resheniya zadachi klassifikatsii [Convolutional Neural Network for Solving the Classification Problem]. Trudy MFTI [Works of MIPT], 2016, no. 8 (3), pp. 91-97.</mixed-citation></ref><ref id="ref37"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Morozova I.V., Chulichkov A.I. Klassifikatsiya razmytykh izobrazheniy i otsenka parametrov sistemy registratsii metodami morfologicheskogo analiza [Classification of Blurred Images and Evaluation of Registration System Parameters Using Morphological Analysis Methods]. Intellektualnye sistemy. Teoriya i prilozheniya [Intelligent Systems. Theory and Applications], 2005, no. 9 (1–4), pp. 321-344.</mixed-citation></ref><ref id="ref38"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Nezhevenko E.S., Feoktistov A.S., Dashevskiy O.Yu. Neyrosetevaya klassifikatsiya giperspektralnykh izobrazheniy na osnove preobrazovaniya Gilberta — Khuanga [Neural Network Classification of Hyperspectral Images Based on the Hilbert−Huang Transform]. Avtometriya [Autometry], 2017, no. 53 (2), pp. 79-84.</mixed-citation></ref><ref id="ref39"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Osokin V.V., Aipov T.D., Niyazova Z.A. O klassifikatsii izobrazheniy i muzykalnykh faylov [About Classification of Images and Music Files]. Intellektualnye sistemy. Teoriya i prilozheniya [Intelligent Systems. Theory and Applications], 2015, no. 19 (1), pp. 49-70.</mixed-citation></ref><ref id="ref40"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Pestunov I.A., Rylov S.A., Melnikov P.V. Klassifikatsiya giperspektralnykh izobrazheniy vysokogo prostranstvennogo razresheniya [Classification of Hyperspectral Images of High Spatial Resolution]. Zhurnal Sibirskogo federalnogo universiteta. Tekhnika i tekhnologii [Journal of Siberian Federal University. Engineering &amp; Technologies], 2018, no. 11 (1), pp. 69-76.</mixed-citation></ref><ref id="ref41"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Sikorskiy O.S., Prokopenya A.S. Obzor svyortochnykh neyronnykh setey dlya zadachi klassifikatsii izobrazheniy [A Review of Convolutional Neural Networks for Image Classification Tasks]. Novye informatsionnye tekhnologii v avtomatizirovannykh sistemakh [New Information Technologies in Automated Systems], 2017, no. 20, pp. 37-42.</mixed-citation></ref><ref id="ref42"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Soldatova O.P., Garshin A.A. Primenenie svertochnoy neyronnoy seti dlya raspoznavaniya rukopisnykh tsifr [Using Convolutional Neural Network for Handwritten Digit Recognition]. Kompyuternaya optika [Computer Optics], 2010, no. 34 (2), pp. 252-260.</mixed-citation></ref><ref id="ref43"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Turkova M.A., Gaydel A.V. Korrelyatsionnye priznaki dlya klassifikatsii teksturnykh izobrazheniy [Correlation Features for Texture Image Classification]. Sbornik trudov IV mezhdunarodnoy konferentsii i molodezhnoy shkoly «Informatsionnye tekhnologii i nanotekhnologii». Samara, Novaya tekhnika Publ., 2018, pp. 595-599.</mixed-citation></ref><ref id="ref44"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Deans S.R., Roderick S. The Radon Transform and Some of Its Applications. New York, John Wiley &amp; Sons, 1983. 289 p.</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
