Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
Один из последних предложенных подходов к синтезу сложного согласованного пространственного фильтра 1161 состоит в формировании матрицы фурье-образов эталонных функций с использованием линзы и голограммы матрицы точечных источников и последующей фильтрации спектров входных функций с помощью полученной матрицы СПФ. Если для записи нескольких СПФ применяется один и тот же точечный опорный источник, то это приводит к получению усредненной фильтрации, однако в этом случае при перекрытии выходных плоскостей отдельных фильтров могут наблюдаться интерференционные полосы. Основные проблемы в этом подходе связаны с тем, что в частотной плоскости коррелятора использовано пространственное, а не частотное мультиплексирование, а это приводит к более жестким требованиям к линзам.
10.5.14. Некогерентные корреляторы 111
Мы рассмотрели различные корреляторы, в которых для осуществления корреляции используется голографическая запись. Общим свойством всех этих систем является использование когерентного света и его способности интерферировать при записи комплексных (амплитудных и фазовых) распределений. Хотя настоящая книга посвящена голографии, нам представляется целесообразным по крайней мере кратко рассмотреть некогерентные оптические корреляторы хотя бы для полноты рассмотрения проблемы оптического распознавания.
В первом некогерентном корреляторе, который мы рассмотрим 111, набор из N пространственно разделенных эталонных функций, зависящих от пространственных координат, освещается монохроматическим светом и через рассеиватель регистрируется интенсивность их фурье-образов ISj-I2, которые также пространственно разделены. Эта мультиплицированная эталонная картина затем отображается 10.5. Распознавание образов и знаков
585
в выходную плоскость, содержащую транспарант с записью неизвестной входной функции, которая выполняет роль апертурной функции системы. Картина в корреляционной плоскости состоит из N коррелирующих между собой изображений. Интенсивность в центре каждого из N изображений в плоскости корреляции дается следующим интегралом:
и (хя, у3) = I 5,. I2 j 5 I2 du dv, (50)
который берется по всем пространственным частотам. Эти центральные корреляционные области являются темными для взаимно-корреляционных членов и яркими для автокорреляционных.
Схема второго некогерентного коррелятора, более привлекательного и заслуживающего упоминания, использует в качестве единственного источника светодиод, интенсивность излучения которого модулируется входным одномерным электрическим сигналом 118]. С помощью конденсорной линзы этот источник света отображается во входную апертуру линзы, позади которой установлен транспарант с записью набора из N эталонных одномерных сигналов. Линза формирует изображение транспаранта в выходной плоскости коррелятора. Входной сигнал коррелятора можно записать в виде
g(t) = B+Ks(t/a)+n(t), (51)
где В — уровень смещения, S — сигнал, п — шум окружающего фона, а постоянные коэффициенты К и а определяют возможные изменения масштаба и частоты входного сигнала. Обозначим пропускание по интенсивности г'-го опорного канала
fi(x) = Bi+Kiri(x/ai). (52)
Тогда прошедший сквозь эталонную маску свет будет равен g Wh(X).
Между маской и линзой, формирующей изображение, помещается качающееся зеркало, которое заставляет изображение произведения g(t)fj(x) сканировать в выходной плоскости со скоростью v. При этом результирующая интенсивность света, падающего на мишень видикона, установленного в выходной плоскости, записывается в виде
kt(x, l)=g(t)f,(x—vt—ф), (53)
где ф — начальная фаза зеркального сканирования. Видикон интегрирует эту интенсивность за время одного периода развертки Т. Полученный интеграл содержит в себе взаимную корреляцию входного сигнала s и N эталонных функций r(. В схеме можно осуществлять поиск входного сигнала по масштабу, изменяя скорость сканирования зеркала до тех пор, пока она не станет равной и— =й;/а. Используя специальные бинарные маски, можно разложить I
586 Гл. 10. Области применения
входной сигнал по функциям Уолша и дискретным косинусам. Видикон на выходе также можно заменить линейкой или матрицей приборов с зарядовой связью и осуществить некогерентное перемножение матриц.
10.5.15. Оптимизация параметров согласованного пространственного фильтра (51
Рассмотрим теперь проблему синтеза согласованных пространственных фильтров, которые необходимы для корреляторов с частотной плоскостью. В частности, мы обсудим вопросы выбора следующих трех параметров СПФ: экспозиции смещения Eb , отношения интенсивностей опорного и сигнального пучков К и полосы пространственных частот /*, в пределах которой величина К равна выбранному значению. В качестве критериев оценки оптимальной корреляции мы используем интенсивность Ip пика корреляции и отношение сигнал/шум на выходе коррелятора. Из выражения (5) следует, что экспозиция при записи СПФ имеет вид
E (х2, у2) = Eb [1 + I/К + (2/УК) cos т|з], (5)
где Еъ=г\Т, T — время экспозиции, Е0 = (г1+\Н\2)Т — средняя экспозиция, K=rJ \Н\2— отношение интенсивностей опорного и объектного пучков, a ty=2nax.2-\-arg(H). Следовательно, амплитудное пропускание полученного СПФ зависит от ?в, а и вида кривой t—e для фотопленки. Таким образом,
