Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
U1 (X1)^g (X1) h(Xl), (21)
7* I 572 Гл. 10. Области применения
где для простоты использованы одномерные функции. Линза L3 формирует в плоскости P8 фурье-образ распределения U1(X1) в виде интеграла
U3 (X3) = Jg (Xi) h (X1) ехр (— i2nux1) Clx1. (22)
Если теперь входную функцию g (X1) сместить вдоль оси X1 из точки Xa в точку Xb и вычислять сигнал в точке X3 = U = О плоскости P3,
Акустооптическая j(i) / ячейка
h(t)
----\r К фотодиоду
Акустоопти честя / ячейка і
Модулируемый, источник света
Матрица
Рис. 7. Схемы акустооптических корреляторов, а — коррелятор с пространственным интегрированием; б — коррелятор с временным интегрированием.
то мы получим функцию
*ь
U3(Xa)= ^ g(x,+x') h (X1) ClX1, (23)
*а
которая представляет собой интересующую нас взаимную корреляцию функций g и h.
Имеется очень много проблем практического характера, которые существенно усложняют использование рассмотренного метода оптической корреляции. Главная из них заключается в том, что для получения на выходе интересующей нас корреляции g-kh нужно обеспечить очень точное физическое перемещение одной из коррелирующих функций относительно другой (например, входной функции в плоскости Pla) и, кроме того, изменения во времени выходного сигнала в точке и=0 должны регистрироваться синхронно с перемещением транспаранта в плоскости Pla. Следовательно, область применений коррелятора ограничена вычислением корреляции одномерных сигналов. В принципе возможно обеспечить перемещение входного транспаранта в плоскости Pla как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях и обеспечить 10.5. Распознавание образов и знаков
573
таким образом получение изменения во времени выходного сигнала в точке и=0 плоскости Ps, которое эквивалентно двумерной корреляции. Разумеется, что для создания такой системы потребуется очень сложное механическое устройство, но разработать такую систему можно.
В связи с тем, что оптические сигналы, отображающие коррелирующие функции в плоскостях Pla и Plb, не могут быть отрицательными, знакопеременные коррелирующие функции необходимо записывать с использованием некоторого постоянного уровня смещения. Этот уровень смещения удаляется затем с помощью режекторного фильтра постоянной составляющей, устанавливаемого в частотной плоскости P2 коррелятора. Хотя описываемый коррелятор долгое время использовался с применением записи входных данных на фотопленке в плоскости г1а и синхронизируемой лентопротяжки в плоскости Plb, однако необходимость в механическом перемещении фотопленки ограничивает быстродействие и точность данного коррелятора. Поскольку этот коррелятор в основном является системой формирования изображения, требования к точности установки его элементов, а также требования к степени когерентности используемого излучения существенно ниже, чем в корреляторе с частотной плоскостью. Схема описанного коррелятора представляет большой интерес, поскольку в нем для управления с высокой точностью перемещением одного сигнала относительно другого можно применять акустооптические ячейки (что с успехом и применялось в плоскости Pla). В следующем разделе мы обсудим этот и другие типы акустооптических корреляторов. Акустооптические корреляторы имеют такие преимущества, как быстродействие и широкая полоса пропускания, но их можно использовать лишь для обработки одномерных сигналов.
10.5.8. Акустооптические корреляторы [151
Акустооптические корреляторы оказываются наиболее предпочтительными в системах распознавания образов, если речь идет о распознавании одномерных сигналов и если одним из важных параметров является ширина спектра сигнала. Мы рассмотрим два основных типа акустооптических корреляторов. Были исследованы, разработаны и описаны в литературе различные варианты каждого из этих типов (см., например, [19]).
На рис. 7, а приведена схема акустооптического коррелятора с пространственным интегрированием. Чтобы описать его действие, мы здесь используем несколько иной метод анализа, поскольку акустооптическая ячейка осуществляет модуляцию проходящей через нее волны света по фазе. Принятый входной сигнал g(t) подается на вход акустооптического модулятора, установленного в плоскости Pla. Промодулированная по фазе волна на выходе
574 Гл. - 10. Области применения
модулятора описывается экспонентои вида
Ula(x,a)=exp i[at+Kg(x,a+vat)}, (24)
где К — постоянная, a Va — скорость распространения акустической волны в материале модулятора в плоскости Pja. При неглубокой фазовой модуляции выражение (24) можно переписать в виде
U1a(Xu)=I l + iKg(xla+vai)l ехр (i at). (25)
Формируемый в плоскости P2 фурье-образ распределения Ula запишется в виде
V2 (х2)=[б (O)jTiKG (и) ехр (г'2л«уа/)1ехр (г'со/). (26)
В этом выражении член, содержащий нулевые пространственные частоты, режектируется в точке X2=O плоскости P2, и отфильтрованное изображение отображается на плоскость Plb, где находится эталонный сигнал h((), записанный в виде транспаранта с амплитудным пропусканием l-fft(xIb). Распределение комплексных амплитуд света непосредственно за плоскостью Pib равно
