Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Пусть входная плоскость имеет вид, изображенный на фиг. 14.9, а, тогда яркое пятно появится в точке (—&, 0) только в том случае, если первой буквой на странице является буква А. Все другие буквы А на странице, помещенной на входе, также приведут к появлению ярких автокорреляционных пятен, расположенных на таких расстояниях от точки (—Ь, 0), которые соответствуют их расстояниям от первой буквы на странице. Таким образом, положение всех букв А на странице, введенной на вход, будет отмечено автокорреляционными пятнами на соответствующем участке выходной плоскости (карте), обозначенном на фиг. 14.9, б буквой А. Эти пятна показаны на фиг. 14.9, б крестиками.
Автокорреляционные крестики, соответствующие положению букв В на введенной на вход странице, смещаются относительно точки (—Ь, 0) в соответствии с их расстояниями от того положения, которое буква В занимала во время получения фильтра. Таким образом, положение всех букв В на странице, введенной на вход, будет отмечено автокорреляционными пятнами, обозначенными крестиками, на участке выходной плоскости.
Аналогичным образом на соответствующих участках плоскости автокорреляционными точками будет отмечено положение других букв, входящих в записанный на фильтре ансамбль. Чтобы осуществить считывание этого упорядоченного ансамбля сигналов опознавания, предлагалось использовать ансамбль фотодетекторов в выходной плоскости, по одному для каждого возможного положения буквы в каждой из карт, соответствующих разным буквам. Если число букв на входной странице N = 2000 и среди них имеется п = 100 различных букв, то необходимо nN = = 200 000 фотодетекторов. Каждой странице, помещенной на вход, в этом случае будет соответствовать не более 2000 электрических сигналов, которые могут быть считаны сканированием всей матрицы фотодетекторов и соответствующим образом сохранены в постоянной памяти.
ОПОЗНАВАНИЕ ОБРАЗОВ
455
4. Практические проблемы
Для осуществления считывающих систем, которые позволяли бы производить одновременную идентификацию всех букв на странице, по-видимому, необходимо использовать новейшие достижения технологии интегральных схем. Кроме того, вводимая на вход системы страница должна быть установлена с высокой точностью. Однако эти проблемы решить все-таки легче, чем преодолеть более общие фундаментальные ограничения когерентного оптического опознавания образов. Последующее рассмотрение относится как к более простым схемам последовательного опознавания образов (буква за буквой), так и одновременному опознаванию целых страниц.
Неизбежным является компромисс между высокой дискриминационной способностью, с одной стороны, и нечувствительностью системы к ориентации, размеру и качеству букв, вводимых на вход системы, с другой стороны. Широкополосный голограммный фильтр (фильтр, который регистрирует как низкочастотные, так и высокочастотные пространственные компоненты фурье-образов входящих в ансамбль букв) допускает изменение масштаба букв на ±15% и их поворот на ±16° (типичные цифры) [14.2]. Сигналы опознавания при этом остаются достаточно яркими. Однако при использовании широкополосного фильтра функции взаимной корреляции могут иметь пиковые интенсивности, которые в отдельных случаях равны интенсивностям автокорреляционных функций. В результате этого появляется сигнал ложного опознавания. Это заведомо справедливо для букв алфавита, в очертании которых имеются общие элементы (например, О содержится в Q). Попытки получения широкополосных фильтров могут привести к тому, что компоненты с очень низкой пространственной частотой начнут играть слишком заметную роль. Этим компонентам соответствует свет, проходящий почти без отклонения через большие прозрачные участки букв, в основном определяющие их пропускание. Для букв с одинаковыми прозрачными участками эти сильные низкочастотные компоненты не используются при дискриминации: на практике может оказаться, что их регистрация даже мешает идентификации.
Если амплитуда опорного пучка достаточно велика для линейной записи низких пространственно-частотных компонент, то слабые высокочастотные компоненты записываются при большом отношении интенсивностей пучков R. Из выражения (7.31) мы знаем, что при больших R видность зарегистрированной структуры пропорциональна І?"1/2. При этом амплитуда света, дифрагированного такой структурой, может быть настолько мала, что ее невозможно различить на фоне шума. Если же уменьшить интенсивность опорного пучка, то некоторые из более важных низкочастотных компо-
456
ГОЛОГРАММНЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ФИЛЬТРЫ ГЛ. 14.
нент будут регистрироваться нелинейно, что приведет к появлению дополнительного шума.
Путем переэкспонирования центрального участка голограммы (области, где регистрируются компоненты с низкой пространственной частотой) можно получить фильтр, преимущественно пропускающий высокочастотные пространственные компоненты. Центральная часть фильтра обладает сильным поглощением, так что через нее проходит очень мало света. Внешние участки, на которых регистрируются более высокие пространственные частоты, оказываются при этом проэкспонированными оптимальным образом и обладают более высокой дифракционной эффективностью. В результате этого подчеркиваются края и углы помещенных на входе букв, и таким образом выявляются их различия. Однако по мере увеличения селективности опознавания возрастает чувствительность к изменению ориентации, изменению размера или ухудшению качества образа.
