Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
ным пространственным фильтром (СПФ) (см. разд. 4.3), поскольку считают, что он должен быть согласован с интересующим нас объектом или образом, которые необходимо распознать на входном изображении. Более классическое описание теории согласованной фильтрации рассматривает проблему обнаружения сигнала в шуме. В нашей задаче распознавания образов мы будем рассматривать в качестве полезного сигнала интересующий нас объект или эталонную функцию, которые мы ищем, а любые другие объекты, присутствующие на входе, или те части входного изображения, которые не являются интересующим нас объектом, мы будем относить к шуму.
Огромное практическое значение имеют вопросы синтеза пространственного согласованного фильтра и оптимизации его параметров. В разд. 10.5.15 мы обсудим наиболее интересные аспекты этой проблемы. При этом особое внимание будет уделено практически важному, но часто опускаемому из рассмотрения, случаю распознавания образов, когда входное изображение оказывается искаженной копией эталонной функции. В таком случае имеет место уменьшение корреляции, и мы обсудим вопрос, каким образом следует выбирать параметры синтезируемого СПФ, чтобы ослабить уменьшение интенсивности корреляционного пика. Получаемый в результате такого подхода фильтр мы по-прежнему будем называть согласованным пространственным фильтром, хотя очевидно, что степень действительного согласования его характеристик с эталонной функцией будет совсем иной.
В разд. 10.5.17 мы сделаем общие замечания по поводу того, чем отличаются задачи распознавания образов от задач распознавания знаков, и определим конкретные проблемы, которые в каждом случае рассматриваются как частные задачи. Будут обсуждены также общие соображения о будущих направлениях работ в области оптического распознавания образов и знаков.
Из всего многообразия оптических корреляторов для подробного рассмотрения мы выбрали 13 схем. При анализе всех схем используются одни и те же обозначения для соответствующих величин. Например, входная плоскость, плоскость преобразования и выходная корреляционная плоскость обозначены соответственно Pi, P2 и P3 с пространственными координатами в этих плоскостях соответственно Ix1, Ij1), (х2, у2) и (X3, у3). Координаты пространственных частот в плоскости преобразования обозначены через (и, V)= (X2Ikf1, уJkfі), где к — длина волны используемого света, а /] — фокусное расстояние фурье-преобразующей линзы (фокусное расстояние второй фурье-преобразующей линзы мы обозначим /а)-Функции пространственных переменных обозначаются строчными буквами, а их фурье-образы — соответствующими прописными. 10.5. Распознавание образов и знаков
553
10.5.2. Коррелятор с частотной плоскостью
Первым и самым распространенным оптическим коррелятором является коррелятор с частотной плоскостью 1) [22] или система согласованной пространственной фильтрации. На рис. 1 приведена схема такого коррелятора, используемого в лабораторных исследованиях. Чтобы получить взаимную корреляцию функций г/х) и h (x1, у і), необходимо сначала синтезировать в плоскости P2 пространственный фильтр Н* (и, v), согласованный с h (хи г/х).
линза микрообъектива; SF — точечный пространственный фильтр низких частот; C1 и C2 — коллнмирующие линзы; L1 и L2 — фурье-преобразующие линзы.
Для синтеза этого фильтра во входную плоскость P1 помещают транспарант с записью функции h (X1, ут), а в плоскости P2 записывают интерференционную картину, создаваемую фурье-образом H (и, v) функции h (X1, уі) (формируемым линзой L1 в плоскости P2) ц плоской опорной волной. Переменный аттенюатор ПА облегчает настройку элементов схемы и обеспечивает визуальный контроль картин распределений света в различных плоскостях схемы. Переменный светоделитель РСД позволяет управлять отношением интенсивностей опорного и объектного пучков.
Для выравнивания длин оптических путей, проходимых опорным и объектным пучками, применяется зеркало M3. Такая геометрия облегчает также установку угла между опорным и объектным пучками, который в наших экспериментах составлял обычно 15°, а также упрощает компоновку элементов коррелятора на столе. При этом значении угла пространственные частоты интерференционной картины оказываются достаточно высокими 2). Чтобы зарегистрировать эту интерференционную картину, фотопленка должна обладать соответствующей разрешающей способностью.
1) Это утверждение справедливо для оптических корреляторов с когерентным освещением. В литературе корреляторы в частотної! плоскости называют также корреляторами Вандер Люгта. — Прим. перев.
2) При использовании излучения с /.-632.;-! нм пространственная несущая частота оказывается равной 412 мм-1.— Прим. перев. 554 Гл. - 10. Области применения
Если же разрешающая способность используемого материала недостаточна для записи столь высоких пространственных частот, между опорным и объектным пучками следует установить меньший угол При этом для сведения пучков под малым углом потребуются светоделитель и дополнительные оптические элементы (или линзы с большим фокусным расстоянием). Использование в каждом из пучков системы пространственной фильтрации, состоящей из микрообъектива OL и точечной диафрагмы SF, помогает устранить шумы лазерного пучка 1). Эти системы устанавливаются после зеркал, чтобы уменьшить влияние их дефектов. В наших экспериментах мы использовали коллимирующую оптику, обеспечивающую формирование очень однородных плоских волн, причем изменение интенсивности по сечению пучка составляет не более 5%. Однако во многих случаях не обязательны такие жесткие требования.
