Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
R(Ax)= jf1(x~Ax)h2(x)dx.
X
При описанном методе получения ФВК регистрируется распределение освещенности в плоскости изображения Р2, т.е. квадратичная функция |ії(Дя:)|2, что необходимо учитывать на практике. Следует отметить, что здесь не требуется смещать один транспарант относительно другого, что особенно упрощает получение двумерных ФВК.
Формирование функций Н*(а>х) ведется обычно голографически-ми методами.
Один из недостатков оптических корреляторов — необходимость иметь пространственные модуляторы (фильтры) во входной плоскости и плоскости фильтрации, работающие в реальном масштабе времени.
358 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
Другим недостатком является изменение максимума ФВК при изменении параметров входного изображения (например, его масштаба и ориентации).
Для устранения этих недостатков в плоскости преобразования устанавливают не один согласованный фильтр, а несколько (согласованные для различных масштабов и ориентации). Другой путь — создание следящей системы, изменяющей механически положение входного изображения или согласованного фильтра. Наконец, вместо преобразования Фурье, не являющегося инвариантным относительно масштаба и поворота изображения, можно использовать другие оптические преобразования и, в первую очередь, инвариантные к изменению масштаба преобразование Меллина и комбинированное преобразование Фурье-Меллина.
Преобразование Меллина можно осуществить путем логарифмического преобразования координат входного сигнала и последующего определения преобразования Фурье от этой новой функции. Транспарант, на котором записана функция /(ехр ехр г|) в новых координатах, можно получить из исходного сигнала в реальном масштабе времени, используя логарифмические блоки в виде отклоняющих систем или пространственных модуляторов.
Важнейшим свойством оптического преобразования Фурье является инвариантность его модуля к сдвигу, так как ^(A*)} = I F{f(x ~хо)} I • Однако по отношению к масштабу модуль преобразования Фурье не инвариантен (см. теорему об изменении масштаба, § 2.1). В то же время модуль преобразования Меллина, которое эквивалентно преобразованию Фурье функции /(exp Q и имеет вид
+«3
Af(oo) = jV(exp^)exp(-/co^)^,
-QO
инвариантен относительно масштаба входного сигнала, но не инвариантен относительно сдвига. Инвариантность относительно и масштаба и сдвига достигается при выполнении преобразования Меллина для модуля преобразования Фурье.
Оптическая корреляция в настоящее время широко используется для решения задач ориентации и навигации, при обработке радиолокационных сигналов, распознавании образов и дешифровании изображений, в медицинской диагностике и т.п. Принцип работы многих таких систем основан на определении максимума функции взаимной корреляции принимаемого сигнала (изображения) и некоторого эталона. При автокорреляционном приеме максимум появляется при
359 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Да = 0. Измеряя положение этого максимума, можно оценить пространственные или временные сдвиги одного сигнала (принимаемого) относительно другого (эталонного, или опорного).
Например, в последние годы успешно разрабатывались оптико-электронные корреляционные угломеры и дальномеры, в которых использовалась оптическая схема, аналогичная схеме базового дальномера геометрического типа. В двух оптических ветвях, разнесенных на определенное расстояние — базу, строятся два изображения наблюдаемого объекта. Путем разворота одного из этих изображений относительно другого достигается их совпадение, фиксируемое по максимуму сигнала, снимаемого с оптического транспаранта или двухслойного приемника излучения, помещаемых в плоскость изображений, т. е. по максимуму ФВК. Угол разворота соответствует определенному угловому положению объекта или дальности до него.
Оптико-электронные корреляторы часто применяют для обработки сложных или зашумленных изображений, например, для выделения изображений каких-либо объектов на фоне шумов и посторонних изображений и определения их координат. Если количество объектов, подлежащих выделению, велико, то необходимо иметь библиотеку согласованных фильтров, которые нужно достаточно точно устанавливать в рабочее положение, что усложняет конструкцию коррелятора. Кроме того, выделение объектов по максимуму ФВК не всегда является достаточно точным или достоверным, например, вследствие зависимости значений этого максимума от поворота изображения или изменения масштаба.
Для устранения этих и некоторых других недостатков корреляторов используют оптико-цифровые корреляторы, в которых свертка коррелируемых функций осуществляется в оптических схемах, аналогичных рассмотренным выше, а анализ закона распределения освещенности в изображении ФВК или в пространственно-частотном спектре выполняется путем его дискретизации с помощью многоэлементных приемников или других анализаторов изображения. Дискрети-зированный по площади и квантованный по уровню сигнал в цифровой форме обрабатывается в ЭВМ.
