Оптический коррелятор Советский патент 1985 года по МПК G06G9/00 G06K9/74 G06K9/76 

Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано для обработки сигналов и изображений, масштаб которых существенно отличается от масштаба опорного сигкьла или транспаранта.

Цель изобретения. - повышение точности при рассогласовании по масштабу входного и опорного сигналов.

На фиг. I представлена принципиальная схема предлагаемого оптического коррелятора; на фиг. 2 иллюстрируется влияние масштабных искажений на величину корреляционного максимума для разяичньк апертур.

Коррелятор содержит источник V света, коллиматор 2, рассеиватель (матовое стекло) 3, первый объектив 4, опбрный транспарант 5, первую диафраг1 1у 6, входной транспарант 7, вторую диафрагму 8, второй объектив 9 и .фоторегистратор 10.

Устройство работает следующим образом. 1

еветовой поток от источника .через коллиматор 2 поступает на .матовое стекло 3, расположенное в фокальной плоскости объектива 4, создающего параллельный пучок лучей от

каждой точки матового стекла. Вследствие этого, опорный транспарант 5 оптического коррелятора освещается

.диффузным светом. В результате, освещенность в фокальной плоскости объектива 9 пропорциональна корреляционной функции входного 7 и опорного 5 транспарантов. Наличие диафрагмы 6 и 8, расположенных непосредственно за опорным S входным транспаратами, позволяет оперативно изменять размеры аперту.ры оптического коррелятора и добиваться на выходе максимально возможного значения корреляционного максимума при рассогласовании масштабов входного и опорного изображений (сигналов. Уменьшение апертуры транспарантов оптического коррелйтора существенно снижает его чувствительность к масштабным -искажениям, а талже приводит к падению энергии сигнала и уменьшению дифракционной эффективности. Поэтому существуют оптимальные размеры апертуры оптического коррелятора, которые обеспечивают минимальное снижение корреляционного максимума при рассогласовании входного и опорного изображений (сигналов) по масштабу.

Оптимальные размеры апертуры коррелятора определяются следукщим образ.ом.

Пусть на входном транспаранте 7 Оптического коррелятора записана аддитивная смесь входного изображения и шума .

F{K,4) S{x,y)M(x,y) /

где S (х,ч) - входное изображение; п (х,у)- шум,

а на опорном транспаранте 5 - опорное изображение S{g)(j R.JIJ) , которое отличается kacшTaбoм и fi- o входного. Масштабные искажения R, и осям X и « могутбыть в общем случае различными, что наиболее характерно для телевизионных преобразователей и систем формирования изображений с синтезированием апертуры. В этом случае значение корреляционного максимума Z на выходе коррелятора равно

Ь -- y(M)SfRA)K2y) jsi-.y)

Оо. оо

. в«Ч

S(R,K,R)c3iavs ,4)S(ftA,fti.4)

00

z n .

где m - детерминированная составлящая корреляционного максимума (его среднее значение), по которой осуществляется Опознавание входного изображения; .

случайная сосТавлякщая; х, размеры апертуры, установленные диафрагмами 6 и 8 ( для примера рассматривается прямоугольная апертура При RI,J 1 имеет место оптимальн .обработка и значение т, а следовательно, и корреляционного максимума Z максимально. Поэтому при отсутствии масштабных искажений точность обработки сигнала максималная.

При возникновении масштабных искажений (R,j О среднее значение корреляционного максимума т быстро уменьшается (в зависимости от класса сигнала) вследствие декорреляции входного и опорного изображений и становится сравнимым с уровнем шумов .В результате этого, точность обработки существенно уменьшается. Освещенность каждой точки входного и опорного изображений мож-. но представить бесконечной суммой ряда Фурье . OV I sf,,)(. mCOs2 T) т ШМХ , . xlOM cosZirn |- . S(R,x,ftj.jy-Sfft J1-M os2irrnf, . «(l MoCoSzWRg-i-Y; где А„„ - коэффициенты разложения ряда Фурье; М М - контраст членов разложения;Т,( Ту - максимальные размеры од нородных деталей изображенияJсоо ветствующие наименьшей- пространственирй частоте спектра. В соответствии с этим среднее значение корреляционного максимума может быть также представлено бес конечН1ЫМ рядом, члены которого

-1

itft;,fti)-i

г fsJHC.giie -n - 9|цс2ГГ«,0: D,Ssinc3ff(P,--i)e),O SSmc317()eJ 11,5 sine2ff ,5S),©xJ

1,5 sine2ff R,0/+ p,5S),

Г 11 Sine 2ff е Sine O.s-sinс «()©y ,5 sine 2( R,j+11 ©y

1,5 + 29;nc.,S5m.c41(, где QX , ®s 4Ту r- относитель ная апертура коррелятора. Очевидно, что при отсутствии Маештабных искажений ft,- I,. /u,{ 5,1) 1 . так . как tn.Eg . Влияние масштабных искажений.на относительную величину корреляционного максимума показано на Фиг. 2 для слу : чая R« I (отсутствие искажений на координате у). Кривая 1 соответствует ©х 50, кривая 2 - Q. 2. Таким образом. купоап . X J-ct iriri .pvmJ наличие-масщтабйь1х искажений по каждои из координат приводит X уменьшению корреляционногр максимума, для любрй гармонической составляющей, а следовательно, к общему уменьшению корреляцирнного максимума. Его; падеяие происходит тем .быстрее, чем-, боль эе отиосительная апертура коррелятора © . Например, при изменении масш

(6)

-. 44 соответствуют отдельным гармони ческим составляющим ряца. Например для первой гармоники, амплитуда которой обычно является наибольшей, среднее значение корреляционного максимума рглно (,Ч)5((, . cosZ-uR Y cos2ff (( + M cosZt -)( tt М, дЧ ч Ч .(ltM,)( к, . (liMcos21fft,-YK( S217l) V 1.1 X (,COS2l ft,7-Hy(I Следовательно, нормированное на энергию сигнала... ..ь Е,-- jS(R,,lt,4la-; iS 00, среднее значение корреляционного максимума для отдельной гармонической составляющей изображения при М 1 равно таба изображения по оси v в 1,1 раза X R., 1 , И для Э 10 относительный корреляционный максимум падает до (u 0,33, что соответствует полной декорреляции изображений и возможности опознавания.. Для QX 2 относительный корреляционный максимум }Ч,, 0,95, что практически не уменьшает точности обработки, т.е. уменьшение апертуры оптического коррелятора при незначительном сншсении дифракционной эффективности ёпособно скомпенсировать снижение -,«,-. ... :коррелядирнногр максимума, .обусловленное .масгштабными - искажениями. Зави имрсть в.е.личины корреляционногр максимума от масштабнбк искажений Rj пр к0ординате и для других гармони;чёск«х сретавляющих аналогична,что следует из выражений (3) и, (6. Таким.образом,. существует область йК, масштабные искажения в пределах

) ОПТИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯТОР, содаржащий размещенные последователь .; но на оптической оси источник све(та, коллима;тор, рассеиватель, пергь й объектив, опорный транспарант, входной транспарант, второй объектив и фоторегистратор, о тли :Ч а ю щ и и с я . тем,ЧТО, с целью повЬшения точности при рассогласовании по масштабу входного и опорного сигналов, в него введены две диафрагмы переменной апертуры, причем первая диафрагма размещена за опорным транспарантом а вторая за входным транспарантом. :д CD О 4