Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Один из вариантов когерентного оптического коррелятора гибридной (оптико-цифровой) системы представлен на рис. 11.29.
В последние годы появился ряд публикаций о возможности использовать в качестве системы распознавания, работающей практически в реальном масштабе времени, оптико-электронного коррелятора с совмещением в одной плоскости (во входной плоскости коррелятора) изображения пространства объектов и эталонного изоб-
360 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
\Р2 РЗ
UH
Рис. 11.29. Когерентный оптический коррелятор гибридной (оптико-цифровой)
системы
ражения (joint transform correlator, JT-коррелятор). Выполняя преобразование Фурье такого совмещенного изображения, можно получить функцию взаимной корреляции изображения пространства объектов и эталонного изображения. Известные способы обработки этой функции позволяют обнаружить априорно известный сигнал, определить координаты этого сигнала (изображения), скорость его перемещения и ряд других параметров.
Принцип действия JT-коррелятора состоит в следующем (рис. 11.30, а). Если во входной плоскости P1 Фурье-объектива Ф-01 на каком-либо транспаранте построить два изображения: поля объектов, содержащего обнаруживаемый сигнал s(x, у), и референтного эталонного сигнала г{х, у) — и разнести их относительно начала координат на
Когерентное излучение
г(*,ї)
у Корреляционные
CUSMMf
в)
Рис. 11.30. Совмещенный оптико-электронный коррелятор-преобразователь: •а— принцип действия; б— функциональная схема
361 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
величину ±а по оси х, то в выходной плоскости P2 Фурье-объектива Ф-01, например, в его задней фокальной плоскости, распределение освещенности (квадратичная функция амплитуды) в соответствии со свойствами Фурье-преобразования будет описываться следующей зависимостью:
Е2 ('vX > Vy) = IF [s (х + а, у) + г (х - a, y)f =
= \s(vx,vy)exp(j2navx) + R{vx,vy)exp{-j2navxvy)\2 = = |S(v*'vy)f v„)f+ S(VjetVy)Ji* (v„ v„)exp(j4navx) +
+ R(vx,vy)S*(vx,vy)exp(~j4navx),
где F — обозначение (оператор) Фурье-преобразования; Vx= x2/(Xf); Vy= y2/(Xf) — пространственные частоты; х2, у2 — координаты в плоскости P2; f'— фокусное расстояние Фурье-объектива; S(-) и Д(-) — Фурье-преобразования функций s(-) и г() соответственно.
Это распределение освещенности записывается на какой-либо транспарант P2, чаще всего на жидкокристаллическую ячейку, а затем подвергается еще одному Фурье-преобразованию, в результате которого образуется функция корреляции входного изображения. При сохранении линейности в процессе записи после второго Фурье-преобразования имеем в выходной плоскости P3 второго Фурье-объектива Ф-02 распределение освещенности вида
E3{x3,y3) = s(x3,y3)*s(x3,y3) + r(x3,y3)»r(x3,y3) +
+ [s* (3cS' і/з)-rC3cS'Уз)] a8C3cS - ^a'%)+
+ [s{x3,y3)-r (х3,у3)у8(х3 + 2а,у3),
где операторы • и * означают корреляцию и свертку соответственно; X3Viy3 — координаты в выходной плоскости P3.
Таким образом, в плоскости P3 в центре координат наблюдаются функции автокорреляции сигналов (изображений виг) — первые два члена в последней формуле, а на расстояниях X3= 2а и X3= -2а —функции взаимной корреляции сигналов виг. Если распознаваемый объект S подобен эталону г (или одному из изображений, содержащихся в г), то в корреляционной плоскости P3 будет иметь место пик относительно большой освещенности, положение которого строго соответствует координате распознаваемого объекта s.
362 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
Схема простейшего коррелятора описанного типа представлена на рис. 11.30, б.
Объектив О строит изображение просматриваемой сцены (кадра) на многоэлементном приемнике излучения МПИ1. Сигналы с этого приемника (электронное изображение) поступают на микропроцессор МП, а затем на одну из половин транспаранта, например, пространственно-временного модулятора ПВМ1. На второй половине транспаранта строится эталонное изображение того объекта, который необходимо обнаружить или распознать. Транспарант облучается (подсвечивается) линейно-поляризованным когерентным излучением, создаваемым лазером JI. Оба изображения подвергаются Фурье-преобразованию с помощью Фурье-объектива Ф-01. Полученный на входе второго пространственно-временного модулятораПВМ2, облучаемого когерентным излучением, спектр мощности преобразуется по Фурье объективом Ф-02. Функция Е3(х3, у3) строится в плоскости чувствительного слоя многоэлементного приемника излучения МПИ2. Сигнал, соответствующий функции взаимной корреляции s(jc, у) и г(х, у), с этого приемника поступает на микропроцессор МП, а затем на систему отображения СО.
Измеряя координаты пика корреляционной функции, можно определить положение объекта, а также скорость его движения. При наличии в угловом поле нескольких объектов, каждый из которых будет создавать свой корреляционный пик, можно построить алгоритм обработки сигналов так, чтобы идентифицировать отдельные объекты по скорости их видимого движения.
