Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы лучше изложить принцип формирования формата входных данных, рассмотрим задачу обнаружения 63-разрядной псевдослучайной бинарной кодовой последовательности вида 1011100 11000010101010001111101010010111010000111011010010101000. Для такого сравнительно простого 63-разрядного кода мы хотим использовать пространственный модулятор света, состоящий из 9x7 элементов, на котором принимаемый сигнал записывался бы в виде растра. Если бы запись кода принимаемого сигнала начиналась в момент его действительного начала, то входной растр с записью кода имел бы вид, показанный на рис. 6, а. Простой голо-графический согласованный фильтр, изготовленный на такую входную картину, успешно решал бы задачу обнаружения момента появления этого кода на входе. Однако если принимаемый сигнал начинался бы, например, с 42 разряда входной последовательности, то на модуляторе было бы сформировано изображение кода, показанное на рис. 6;б в виде отдельной части внутри прямоугольной рамки. Очевидно, что согласованный пространственный фильтр, изготовленный на входное изображение, имеющее структуру,
7 № 1866 570 Гл. - 10. Области применения
приведенную на рис. 6, а, оказался бы неэффективным при распознавании данного кода.
101110011
000010101
0100011 11
101010010
111010000
111011010
010101000
а.
Вычеркнутый столбец
G 0 1 1110 1 0 ООО 1110 1
0 ООО 1110 1 1 0 1 0 0 10 10
1 0 1 0 0 10 10 1 ООО 10 111
1 ООО VOlll 0 0 1 I OOOOl
0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 10 0 0
0 1 0 1 0©0 0 0 1 1 I 1 10 10 1
1 1 1 1 1 0 1 000 0 1 0 1110 1
Q 0 1 0 1110 1 0 ООО 1110 1
0 ООО 1110 1 1 0 1 0 0 10 10
1 0 1 0 0 10 10 1 ООО 10 111
1 ООО 10 111 0 0 1 1®0 0 0 1
0 Q 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 10 0 0
0 1 0 1 0 10 0 0 1 1 I 1 10 10 1
1 1 1 1 10 10 1 0 0 1 0 1110 1
Вычеркнутая строка
6
Рис. 6. Коррелятор сложных кодированных сигналов для 63-разрядного кода [8]. а — входной формат для случая, когда прием кода начинается с 1-го разряда; б — эталонная маска для синтеза согласованного пространственного фильтра (/ — положение корреляции для кода, начинающегося с 52-го разряда; 2 — то же для кода, начинающегося с 1-го разряда; 3 — то же для кода с 42-го разряда); в и г — картины на выходе в плоскости корреляции для случая начала приема кода с 42-го и 52-го разрядов соответственно.
При использовании обычного согласованного фильтра для распознавания Ж-разрядного кода, запись которого может начинаться с любого разряда, потребовалась бы эталонная маска размером MXM бит. В рассматриваемой схеме корреляции мы используем 10.5. Распознавание образов и знаков
571
маску, показанную на рис. (з, б. Эта маска формируется при выборе любого разряда кода в качестве начального и при последующей записи 2т разрядов кода на первой строке маски (в маске на рис. 6, б мы начали запись с 33-го разряда). Если, как рассматривается в нашем случае, вход представляет собой матрицу тХп=9 X7 элементов, то на второй строке маски следует записать также 2т разрядов кода, но начиная с 42-го разряда (42 = 33+т), и циклически повторять код до тех пор, когда число разрядов начнет превышать число 63. Затем аналогичным образом продолжается запись 2п строк, до тех пор пока не будет сформировано изображение матрицы 2тХ2п элементов, которое показано на рис. 6, б. После этого первая строка и первый столбец матрицы вычеркивают.
Сравнивая рис. 6, а и б с используемым кодом, мы видим, что на рис. 6, б записано каждое из возможных входных изображений матрицы тхп=9x7 бит (соответствующее выбору любого разряда в качестве начала записи принимаемого кода). Для иллюстрации на рис. 6, б заключены в рамки соответствующие блоки 9x7 бит, начинающиеся с 1-го, 42-го и 52-го разрядов. Преимущество такого согласованного фильтра состоит в том, что в данном случае требуется эталонная маска объемом только (2т—1)х(2ге—1) бит. Для осуществления корреляционного анализа принятого сигнала для этой эталонной маски изготавливают согласованный фильтр и помещают его в плоскость P2 коррелятора (см. схему на рис. 1), а в плоскости P1 размещают входное изображение принятого кода в виде матрицы тхп элементов. При этом в выходной плоскости P3 будет наблюдаться яркое корреляционное пятно. Наличие яркого пятна свидетельствует о присутствии интересующего нас кода на входе коррелятора, а его положение в выходной плоскости однозначно определяет номер разряда, с которого началась запись кода на входе. На рис. 6, б и г приведены типичные изображения выходной плоскости коррелятора при подаче на вход 63-разрядной кодовой последовательности, начинающейся соответственно і 42-го и 52-го разрядов.
10.5.7. Коррелятор с плоскостью изображения
До изобретения голографического согласованного фильтра самой распространенной системой для оптического распознавания образов был коррелятор с плоскостью изображения, схема которого приведена на рис. 7, а. В этом корреляторе обе функции, взаимную корреляцию которых требуется определить, задаются в пространственной области и в виде транспарантов помещаются в плоскостях Pla и Р1Ъ. Линзы L1 и L2 отображают плоскость Pla на плоскость Pjb. Распределение комплексных амплитуд света непосредственно за плоскостью Plb дается выражением
