Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
Ulb(x,b) = [{+h(xn)}[iKg(xla+vJ)\exp(mi). (27)
Линза L3 собирает весь свет нулевого порядка, прошедший через транспарант с эталонным сигналом, и фокусирует его на установленный в плоскости P3 фотодетектор; фотодетектор формирует выходной электрический сигнал, амплитуда которого зависит от времени интегрирования T по эффективной апертуре модулятора и равна члену нулевого порядка в фурье-преобразовании выражения (27). Таким образом,
і ияТ
^8 (0 |ч=0 = H S g (Xla +vtt)h (х1Ь) dx
(28)
Нетрудно видеть, что это выражение равно квадрату функции взаимной корреляции сигналов g и h.
Сообщалось о различных модификациях описанной схемы коррелятора, в которых используется много эталонных масок, комбинации цилиндрических и сферических линз, единственная акустическая ячейка с двумя преобразователями, а также об акустооптических корреляторах с зеркальной оптикой и акустооптических корреляторах для импульсных сигналов с линейной частотной модуляцией, способных сжиматься во времени. Эталонный сигнал можно сделать не фиксированным, а изменяющимся, если использовать в плоскости Plb вторую акустооптическую ячейку с обращенным во времени эталонным сигналом, вводимым в ее нижнюю часть.
Второй тип акустооптического коррелятора, схема которого приведена на рис. 7, б, по существу представляет собой модифи- 10.5. Распознавание образов и знаков
575
цированный некогерентный коррелятор (см. разд. 10.5.14). В этой схеме входной сигнал g(t) складывается в электрической цепи с уровнем смещения Bi, а затем используется для модуляции интенсивности I источника света по закону
Опорный сигнал h (і) также складывается электрически с уровнем смещения B2 и используется для модуляции по амплитуде несущей частоты сигнала, поступающего на вход акустооптической ячейки, установленной в плоскости P1. Плоскость Pt с помощью линз L1 и L2 отображается на плоскость P8, а установленная в плоскости P2 щель Шлирена пропускает на выход только пучок первого порядка, благодаря чему интенсивность, регистрируемая линейкой фотодетекторов, установленной в плоскости P8, дается выражением
Is(x,i) = [B,+g(t)][B2+h(x1+vat)l (30)
Интегрирование по времени сигнала на выходе решетки фотодетекторов приводит к тому, что интенсивность на выходе п-го фотодетектора после удаления постоянной составляющей записывается в виде интеграла
который представляет собой интересующую нас взаимную корреляцию функций g и h.
Как отмечалось выше, акустооптические корреляторы целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо осуществлять корреляцию весьма широкополосных сигналов (с полосой порядка 200—400 МГц). Основным недостатком этих корреляторов является ограниченная величина произведения времени на ширину полосы пропускания (порядка 1000—2000), а также то, что они могут работать лишь с одномерными сигналами.
10.5.9. Коррелятор скрещенных сигналов [211
Описанный в предыдущем разделе коррелятор кодированных сигналов можно легко преобразовать в оптический процессор для вычисления функции неопределенности X (V, т) сложных сигналов. Для вычисления функции неопределенности сигнала, описываемого функцией g(i), необходимо на вход коррелятора подать два скрещенных и наложенных друг на друга изображения функции g(t), одно из которых повернуто относительно оптической оси системы на угол +45°, а второе на угол —45°. В этом случае амплитудное пропускание результирующего транспаранта запишется в виде
(29)
т
I3(X3)n = J g(t) h (x + vat) dt,
(31)
о
(32) 576 Гл. - 10. Области применения
Его одномерный (в горизонтальном направлении) фурье-образ по і можно сформировать с помощью системы, состоящей из цилиндрической и сферической линз. При этом распределение интенсивности в выходной плоскости дается выражением
/(v, Т) 2 ! X (К2 v, К2т)К (33)
Мы видим, что интенсивность пропорциональна квадрату модуля функции неопределенности сложного сигнала g(t).
Эту систему можно заставить работать в реальном времени, если использовать в качестве устройства ввода сигналов две скрещенные акустооптические линии. Входные сигналы на высокой частоте можно подвести к акустооптическим линиям, а затем осуществить их двумерное фурье-преобразование и после этого отфильтровать соответствующие скрещенные члены на выходе. При этом одномерный фурье-образ такой отфильтрованной картины приводит к формированию функции неопределенности входного сигнала в координатах дальности т и доплеровской частоты v.
10.5.10. Коррелятор с преобразованием Меллина [11, 13]
Обычный оптический процессор является пространственно-инвариантной системой, и, следовательно, характеристики всех оптических систем распознавания образов, основанных на использовании преобразования Фурье, станут ухудшаться, если масштаб входной и эталонной функций будет различным. В цифровых процессорах эта проблема, имеющая практическое значение, решается применением изощренных алгоритмов средств программирования; поэтому такие процессоры оказались значительно более пригодными, чем конкурирующие с ними оптические корреляторы, которые требуют точного согласования масштабов входной и эталонной функций во избежание уменьшения интенсивности корреляционного пика /р или отношения сигнал/шум на выходе. Новый подход к решению этой проблемы оптическими средствами состоит в использовании пространственно-неинвариантного коррелятора, в котором осуществляется преобразование координат входных данных. Полученные в результате координатного преобразования данные затем подаются на вход в обычный пространственно-инвариантный коррелятор.
